Устройство присоединения для каналов высокочастотной связи к линии электропередачи

Изобретение относится к области высокочастотной связи по проводам линий электропередачи и может быть использовано для передачи сигналов диспетчерского управления, противоаварийной автоматики и релейной защиты энергетических объектов. Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности в условиях внутренних переходных процессов, улучшение безопасности и увеличение широкополосности устройства присоединения. Технический результат достигается тем, что в устройство присоединения, снабженное на входе и выходе защитными устройствами от перенапряжений и состоящее из подключенных к входным выводам параллельных между собой первой катушки индуктивности и узла настройки в последней, дополнительно введено третье защитное устройство в виде ограничителя перенапряжения. В случае появления опасного напряжения в узле настройки это защитное устройство срабатывает и переходной процесс затухает за счет расстройки и снижения добротности схемы. Кроме того, в целях повышения безопасности первая катушка индуктивности используется как заземляющий дроссель и образует совместно с емкостной составляющей ограничителя перенапряжений, включенного со стороны входа устройства, параллельный колебательный контур. Так как резонансная частота контура размещена в пределах полосы пропускания устройства, то в результате снижается необходимое значение индуктивности защитного дросселя и увеличивается широкополостность устройства присоединения как для трансформаторного, так и для автотрансформаторного вариантов исполнения средств согласования сопротивлений в узел настройки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области высокочастотной связи по проводам линий электропередачи (далее ЛЭП) и может быть использовано для передачи сигналов диспетчерского управления, противоаварийной автоматики и релейной защиты энергетических объектов.

Устройство присоединения для каналов высокочастотной связи (далее устройство присоединения) через конденсатор связи подключается к проводам ЛЭП и поэтому должно обеспечивать требования безопасности, а также работоспособность после воздействия волн перенапряжений, возникающих в электрической сети.

Функциональная возможность устройства присоединения оценивается шириной его полосы пропускания.

Известное устройство присоединения, выполненное в виде трансформаторного или автотрансформаторного полузвена фильтра полосового типа, отличается простотой и минимальным числом элементов, но обладает узкой рабочей полосой (Белоус Б.П., Куликов В.В., Малышев А.И. Эксплуатация, монтаж и наладка высокочастотных каналов связи по линиям электропередачи. М.: Энергия. 1970, с.237, рис.13-20 и 13-25).

В другом известном устройстве присоединения применена трехконтурная схема полосового фильтра, в котором со стороны входа схемы установлено защитное устройство от перенапряжений в виде разрядника с искровым промежутком (Микуцкий Г.В., Скитальцев B.C. Высокочастотная связь по линиям электропередачи. М.: Энергоатомиздат. 1987, с.223, рис.8-10).

К недостаткам этого устройства относятся малая эффективность разрядников при воздействии волн перенапряжений с крутым фронтом и недостаточная безопасность при использовании автотрансформатора в качестве средства согласования сопротивлений из-за наличия в нем гальванической связи между входными и выходными цепями. Поэтому при случайном обрыве провода его обмотки нарушается электрическая связь между конденсатором связи и землей. В результате чего высокое напряжение промышленной частоты ЛЭП проходит на выходе устройства и через соединительный кабель попадает в аппаратуру связи, что опасно для оборудования и обслуживающего персонала.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому (его прототипом) является устройство присоединения, выполненное по схеме полосового фильтра с применением защитных устройств от перенапряжений без искровых промежутков. При этом со стороны входных выводов установлен ограничитель перенапряжений, а со стороны выходных выводов - варистор (Шляхов С.С. Устройство присоединения аппаратуры высокочастотной связи к проводам линии электропередачи. Патент РФ №2231898 по заявке №2002132693/09 от 05.12.2002). Таким образом достигается надежное ограничение амплитуды волны перенапряжений, воздействующей со стороны электрической сети. Однако остается нерешенным вопрос защиты элементов устройства от перенапряжений, обусловленных переходными процессами в колебательных контурах внутри схемы полосового фильтра. Кроме того, не обеспечена в достаточной мере безопасность схемы с автотрансформатором, средством согласования, наиболее часто используемой на практике.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности в условиях внутренних переходных процессов, улучшение безопасности и увеличение широкополосности устройства присоединения.

Технический результат состоит в повышении электрической прочности, в обеспечении функций защитного дросселя и в расширении рабочей полосы пропускания.

Для достижения этого технического результата в устройство присоединения для каналов высокочастотной связи к линии электропередачи, содержащее входные выводы, первый из которых "линейный" предназначен для емкостного подключения к проводу линии электропередачи, а второй - "заземляющий", подключенные к ним параллельные между собой первое защитное устройство от перенапряжений в виде ограничителя перенапряжений, первую катушку индуктивности и узел настройки, снабженный "кабельным" и "заземляющим" выходными выводами и состоящий из заземленного средства согласования сопротивлений, входная цепь которого через первый конденсатор соединена с входным "линейным" выводом, а выходная цепь, индуктивно связанная со входной и зашунтированная вторым конденсатором, подключена через последовательно соединенные третий конденсатор и вторую катушку индуктивности к "кабельному" выходному выводу, при этом между выходными выводами подключено второе защитное устройство в виде варистора, введено дополнительно третье защитное устройство от перенапряжений в виде ограничителя перенапряжений, подключенное параллельно первому конденсатору узла настройки, а первая катушка индуктивности является заземляющим дросселем, выполненным из многожильного медного провода сечением не менее 1 мм, с сопротивлением не более 20 Ом на промышленной частоте и образующим совместно с емкостной составляющей первого защитного устройства от перенапряжения параллельный колебательный контур с резонансной частотой, размещенный в полосе пропускания устройства.

В узле настройки средство согласования сопротивлений выполнено в виде двухобмоточного трансформатора.

В другом варианте исполнения в качестве средства согласования сопротивлений в узле настройки использована автотрансформаторная схема.

Введение третьего защитного устройства от перенапряжений, обладающего емкостной и активной составляющими сопротивления, позволяет после его срабатывания снизить перенапряжения на элементах узла настройки до допустимого значения за счет расстройки колебательного контура и резкого снижения добротности схемы узла настройки, а заземляющий дроссель создает надежное заземление обкладки конденсатора связи, что повышает безопасность работы устройства в процессе эксплуатации.

Кроме того, использование заземляющего дросселя для создания параллельного колебательного контура дает дополнительные преимущества по снижению необходимого значения его индуктивности и, следовательно, упрощению конструктивного исполнения, а также по расширению полосы пропускания устройства без использования для этих целей дополнительных элементов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена электрическая принципиальная схема заявляемого устройства, где средство согласования выполнено в виде двухобмоточного трансформатора.

На фиг.2 представлена электрическая принципиальная схема заявляемого устройства, где средство согласования выполнено в виде автотрансформатора.

Устройство присоединения содержит входные "линейный" 1 и "заземляющий" 2 выводы, к которым подключены первая катушка индуктивности 3, ограничитель перенапряжений 4 и узел настройки 5, снабженный выходными "кабельным" 6 и заземляющим 7 выводами. Средство согласования 8 входной цепью 9 подключено к соединенным параллельно первому конденсатору 10 с третьим защитным устройством от перенапряжений 11. Выходная цепь 12 средства согласования 8 зашунтирована вторым конденсатором 13 и подключена через третий конденсатор 14 и вторую катушку индуктивности 15 к "кабельному" выводу 6. Между выходными выводами 6 и 7 подключено второе защитное устройство 16, которое служит для защиты соединительного кабеля связи.

Конденсатор связи 17 не входит в схему устройства присоединения и на фиг.1 и 2 показан условно для пояснения его работы.

Защитное устройство от перенапряжений 11 выполнено в виде ограничителя перенапряжений на базе высоконелинейных оксидно-цинковых резисторов, резко изменяющих свои емкостные и активные составляющие сопротивления в зависимости от амплитуды прилагаемого к нему напряжения.

Работу устройства рассмотрим на примере фиг.1 для двух элементов: в случае передачи высокочастотных сигналов и при воздействии волны перенапряжений со стороны электрической сети.

Высокочастотные сигналы от передатчика через конденсатор 17 и "заземляющий" вывод 2 поступают на входные выводы 1 и 2. Значения элементов схемы, состоящей из первой катушки индуктивности 3, емкости защитного устройства 4 и узла настройки 5, включающего в себя параллельно подключенный конденсатор 10 и емкость защитного устройства 11, индуктивности обмоток трансформатора 18, конденсаторы 13 и 14, также катушки индуктивности 15, подобраны таким образом, что создают полосовой фильтр с низким затуханием на выходных выводах 6 и 7 для рабочих частот передатчика. Таким образом устройство присоединения пропускает высокие частоты передатчика, а ток прмышленной частоты зашунтирован через заземляющий дроссель и не попадает на выход устройства.

Согласующий трансформатор 18 обеспечивает гальваническую развязку входных и выходных цепей и создает при необходимости поворот фазы сигнала на 180°.

Для повышения безопасности и увеличения широкополостности левая катушка индуктивности 3 выполнена как заземляющий дроссель, обеспечивающий для тока промышленной частоты гарантию непрерывности соединения обкладки конденсатора 17 с заземляющим выводом 3 при низком сопротивлении в 20 Ом и, кроме того, образующий совместно с емкостной составляющей ограничителя перенапряжений 4 параллельный контур с резонансной частотой в пределах полосы пропускания устройства присоединения. В результате снижена индуктивность и уменьшены конструктивные размеры дросселя 3 относительно традиционных, а дополнительный колебательный контур дает возможность расширить полосу пропускания.

Однако для верхней полосы пропускания применение схемы, изображенной на фиг.1, не всегда возможно из-за недостаточного коэффициента связи (до 0,92) между обмотками воздушного трансформатора 18. Для этих случаев предусмотрен второй вариант выполнения средства согласования с автотрансформатором 19 (фиг.2), в котором благодаря применению заземляющего дросселя решены также вопросы обеспечения требований безопасности. Автотрансформатор обладает необходимой широкополостностью, но более сложен в изготовлении.

Когда со стороны электрической сети волны перенапряжений поступают на входные зажимы 1 и 2, то срабатывает защитное устройство 4 и ограничивает их амплитуду до защитного уровня ограничителя перенапряжений.

Далее за счет резкого перепада напряжения на входе узла настройки 5 в нем возникает переходный процесс, сопровождающийся ростом напряжений на элементах. Он приобретает апериодический или колебательный характер в зависимости от добротности схемы узла настройки 5.

Когда на обкладках конденсатора 10 напряжение достигнет уровня срабатывания защитного устройства 11, то резко снижается емкостная и активная составляющие его сопротивления. Это вызывает расстройку полосового фильтра и падение его добротности. В результате чего переходный процесс затухает, а амплитуды напряжений на элементах узла настройки 5 не превысят допустимых пределов.

Устройство присоединения для каналов высокочастотной связи к линии электропередачи, содержащее входные выводы, первый из которых «линейный» предназначен для подключения через конденсатор связи к линии электропередачи, а второй входной вывод является «заземляющим», подключенные к ним параллельные между собой первое защитное устройство в виде ограничителя перенапряжений, первую катушку индуктивности и узел настройки, снабженный «кабельным» и заземляющим выходными выводами и состоящий из заземленного согласующего двухобмоточного трансформатора или автотрансформатора, входная цепь которого через первый конденсатор соединена с входным «линейным» выводом, а выходная цепь, зашунтированная вторым конденсатором, подключена через последовательно соединенные третий конденсатор и вторую катушку индуктивности к «кабельному» выходному выводу, при этом между выходными выводами подключено второе защитное устройство в виде варистора, отличающееся тем, что в узел настройки введено третье защитное устройство от перенапряжений, подключенное параллельно первому конденсатору, а первая катушка индуктивности является заземляющим дросселем, выполненным из многожильного медного провода сечением не менее 1 мм², с сопротивлением не более 20 Ом на промышленной частоте и образующим совместно с емкостной составляющей первого защитного устройства параллельный колебательный контур с резонансной частотой, размещенной в полосе пропускания устройства.