Заградитель высокочастотный (варианты)

 

Изобретение относится к области высокочастотной связи по проводам линий электропередачи, используемой в энергетике для передачи сигналов диспетчерского управления, противоаварийной автоматики и релейной защиты энергетических объектов. Технический результат заключается в расширении полосы заграждения при условии обеспечения электрической прочности заградителя. Для этого заградитель высокочастотный содержит силовой реактор, защитное устройство, блок настройки, который состоит из первого конденсатора, второго конденсатора, первой катушки индуктивности, резистора и второй катушки индуктивности, включенной между общим выводом второго конденсатора и первой катушкой индуктивности и общим выводом первого конденсатора и резистора. Для этого заградитель высокочастотный (второй вариант устройства) содержит силовой реактор, защитное устройство, а также блок настройки, состоящий из конденсатора, первой катушки индуктивности, резистора, второй катушки индуктивности, включенной между общим выводом конденсатора и первой катушкой индуктивности и общим выводом резистора и защитного устройства. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области высокочастотной связи по проводам линий электропередачи, используемой в энергетике для передачи сигналов диспетчерского управления, противоаварийной автоматики и релейной защиты энергетических объектов.

Заградители высокочастотные (заградители) включаются последовательно в провода линий электропередачи (ЛЭП) и содержат параллельно подключенные силовую обмотку, защитное устройство и блок настройки.

Одним из основных требований, предъявленных к заградителям, является их способность работать в условиях перенапряжений в электрических сетях при грозе, коммутационных переключениях и аварийных ситуациях на ЛЭП.

Надежность заградителя зависит от его электрической схемы, эффективности защитного устройства и электрической прочности элементов блока настройки.

Функциональные возможности заградителя оцениваются шириной его полосы заграждения.

Известна одноконтурная резонансная настройка заградителя в виде параллельного резонансного контура, состоящего из силовой обмотки и подключенных к ее выводам последовательно соединенных конденсатора и резистора (Сапирштейн В. Э. Настройка одночастотных заградителей. Вопросы эксплуатации устройств связи в энергосистемах. М.: Энергия, 1966 г., вып.7, с. 29-63).

Недостатками такого заградителя являются узкая полоса заграждения и отсутствие емкости со стороны входа его схемы, что исключает применение современного защитного устройства в виде ограничителя перенапряжения (ОПН) из высоконелинейного металлического варистора, обладающего собственной емкостью. В отличие от традиционного вентильного разрядника в ОПН отсутствует искровой промежуток, что обеспечивает ему более равномерную вольт-секундную характеристику и низкий защитный уровень от перенапряжений с крутым фронтом волны, возникающих на современных электрических подстанциях, например элегазовых.

Известны многоконтурные широкополосные схемы настроек заградителя, которые состоят из нескольких чередующихся параллельных и последовательных LC-контуров (трех, четырех и более) (Микуцкий Г.В. Высокочастотные заградители и устройства присоединения для каналов высокочастотной связи. M.: Энергоиздат. 1984 г., с.45, рис.2.9).

Однако с увеличением контуров больше двух полоса заграждения меняется незначительно, но при этом резко снижается электрическая прочность изделия, усложняется настройка, повышается стоимость изделия, а также увеличиваются размеры и масса.

Объясняется это тем, что при скачках напряжения в электрической сети возникает переходный процесс в заградителе, сопровождающийся повышением напряжения на его элементах, амплитудное значение которого может достигать десятки киловольт. При этом максимальное значение амплитуды быстро увеличивается с ростом количества LC-контуров в схеме заградителя, так как увеличивается общее количество запасенной в конденсаторах энергии.

Наибольшую опасность эти перенапряжения представляют для самих конденсаторов блока настройки, которые должны быть высоковольтными.

Кроме того, к недостаткам такого заградителя относятся конструктивные сложности по размещению большого количества конденсаторов и их высокая стоимость, а также проблемы настройки многоконтурных схем и необходимости применения высокоточных элементов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому (его прототипом) является применяемая двухконтурная схема заградителя, которая состоит из одного параллельного контура и параллельно подключенного к нему последовательного RLC-контура (Высокочастотные заградители. Рекомендация МЭК. Публикация 353. 1977 г., с.17, рис.1). Такая схема, предусмотренная стандартом МЭК (публикация 353), позволяет расширить полосу заграждения в два раза относительно одноконтурной и обеспечивает возможность применения современного защитного устройства типа ОПН благодаря наличию конденсатора в параллельном контуре.

Недостатками известного заградителя является то, что полоса заградителя в этом техническом решении недостаточно широкая, а также низкая электрическая прочность заградителя.

Задачей изобретения является расширение полосы заграждения при условии обеспечения электрической прочности заградителя.

В результате использования предлагаемого изобретения в электрической схеме заградителя число катушек индуктивности превышает количество конденсаторов, число которых выбрано минимальным, исходя из функциональных возможностей. Предлагаемый заградитель высокочастотный обладает более широкими заграждающими возможностями.

Технический результат достигается тем, что в заградителе высокочастотном, содержащем подключенные параллельно его входным выводам силовой реактор, защитное устройство, а также блок настройки из первого конденсатора, подключенного параллельно защитному устройству, и включенной параллельно первому конденсатору цепи из последовательно соединенных второго конденсатора, первой катушки индуктивности и резистора, в блок настройки введена вторая катушка индуктивности, включенная между общим выводом второго конденсатора и первой катушки индуктивности и общим выводом первого конденсатора и резистора. В качестве защитного устройства использован ограничитель напряжения из нелинейного варистора.

Технический результат достигается также тем, что в заградителе высокочастотном (второй вариант устройства), содержащем подключенные параллельно его входным выводам силовой реактор, защитное устройство, обладающее емкостным сопротивлением, а также блок настройки из цепи, содержащей последовательно соединенные конденсатор, первую катушку индуктивности и резистор и подключенной параллельно защитному устройству, в блок настройки введена вторая катушка индуктивности, включенная между общим выводом резистора и защитного устройства и общим выводом конденсатора и первой катушки индуктивности. В качестве первого конденсатора использована собственная емкость ограничителя напряжения. В качестве защитного устройства использован ограничитель напряжения из нелинейного варистора.

Дополнительная катушка индуктивности изменяет частотную зависимость заграждающего сопротивления таким образом, что нижняя граничная частота полосы заграждения смещается в область низких частот и благодаря этому достигается расширение полосы заграждения без применения дополнительных резонансных контуров с конденсаторами.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет расширить полосу заграждения и обеспечивает применение современного защитного устройства типа ОПН при минимальном количестве конденсаторов, необходимых в схемах для осуществления функциональных возможностей: первый, подключенный параллельно силовому реактору, необходим для возможности подключения ОПН, а второй в последовательном RLC-контуре используется для защиты резистора и катушек индуктивности от воздействия мощных токов промышленной частоты, проходящих по силовому реактору.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, фиг.2, фиг.3.

На фиг. 1 и фиг.2 приведены электрические схемы заградителя первого и второго варианта выполнения.

На фиг.3 представлены графики полосы заграждения отечественного двухконтурного заградителя типа ВЗ-630-0,5 и частотная характеристика заградителя с электрической схемой, изображенная на фиг.1, где R - заграждающее сопротивление цепи, f - частота полосы заграждения, f₁ - нижняя граничная частота полосы заграждения схемы, изображенной на фиг.1, f₂ - нижняя частота полосы заграждения известной двухконтурной схемы, f₃ - верхняя граничная частота заграждения заградителя.

Устройство фиг. 1 содержит параллельно подключенные силовой реактор 1, входные выводы 2 и 3 заградителя, которые являются входными выводами защитного устройства, защитное устройство 4 и блок настройки 5, состоящий из первого конденсатора 6 и подключенной параллельно к нему последовательной цепи из второго конденсатора 7, первой катушки индуктивности 8 и резистора 9, а также второй катушки индуктивности 10, включенной между общим выводом второго конденсатора 7 и первой катушки индуктивности 8 и общим выводом первого конденсатора 6 и резистора 9.

Устройство фиг.2 выполнено аналогично устройству фиг.1 и отличается тем, что вместо первого конденсатора 6 используется собственная емкость защитного устройства 4.

В качестве защитного устройства 4 в первом и втором вариантах выполнения использован нелинейный варистор.

Выводы 2 и 3 предназначены для подключения заградителя последовательно к линейному проводу ЛЭП.

Заградитель работает следующим образом.

Высокочастотные сигналы поступают от передатчика по проводам ЛЭП на выводы 2 и 3 заградителя и далее на силовой реактор 1, защитное устройство 4 и блок настройки 5. Конденсатор 6 совместно с индуктивностью силового реактора 1 и подключенной параллельно к ним цепью из конденсатора 7, катушек индуктивностей 8 и 10 образует сложную резонансною систему, настроенную на частоту высокочастотного сигнала. Резистор 9 служит нагрузкой резонансной системы и создает необходимое значение заграждающего сопротивления в рабочей полосе устройства.

Так образуется фильтр-пробка для заграждения высокочастотных сигналов передатчика, который необходим при организации канала связи по проводам ЛЭП для устранения шунтирующего действия электрооборудования.

В отличие от прототипа дополнительная катушка индуктивности 10 таким образом изменяет частотную зависимость сопротивления от последовательного RLC-контура (цепи), состоящего из первой катушки индуктивности 8, второго конденсатора 7 и резистора 9, что полоса заграждения расширяется. При этом в схеме не были использованы дополнительные высоковольтные конденсаторы, применение которых сопряжено с рядом трудностей по сравнению с катушками индуктивности.

Волны перенапряжений по проводам ЛЭП поступают через выводы 2 и 3 на силовой реактор 1, защитное устройство 4, блок настройки 5. Начинается заряд конденсаторов 6 и 7. Рост напряжения на конденсаторе 6 и силовом реакторе 1 прекращается при достижении на них значения защитного уровня срабатывания защитного устройства 4. Таким образом ограничивается значение напряжения на входе заградителя. Однако переходный процесс продолжается в блоке настройки 5: на конденсаторе 7, катушках индуктивности 8, 10 и резисторе 9. Он приобретает колебательный либо апериодический характер в зависимости от количества запасенной энергии в элементах и добротности схемы. При этом значение напряжений на элементах блока настройки 5 превышает максимальное напряжение на защитном устройстве 4.

С увеличением количества конденсаторов в схеме заградителя более двух амплитуда перенапряжений на элементах блока настройки резко возрастает, а реальная ширина полосы заграждения из-за высокой чувствительности таких схем к возможным отклонениям элементов от номинальных значений за счет технологического разброса и температуры практически не увеличивается. Поэтому как в России, так и за рубежом применение находят заградители с двумя конденсаторами в блоке настройки. Однако в отличие от известных схем предлагаемое техническое решение обладает преимуществом по полосе заграждения.

На фиг. 3 сравнительный анализ частотных зависимостей показывает, что у традиционной двухконтурной схемы нижняя граничная частота полосы заграждения на 15% выше, чем при использовании схемы, изображенной на фиг.1 и фиг.2, и, следовательно, последняя обладает более широкими заграждающими возможностями.

Формула изобретения

1. Заградитель высокочастотный, содержащий подключенные параллельно его входным выводам силовой реактор, защитное устройство, а также блок настройки из первого конденсатора, подключенного параллельно защитному устройству и включенной параллельно первому конденсатору цепи из последовательно соединенных второго конденсатора, первой катушки индуктивности и резистора, отличающийся тем, что в блок настройки введена вторая катушка индуктивности, включенная между общим выводом второго конденсатора и первой катушки индуктивности и общим выводом первого конденсатора и резистора.

2. Заградитель высокочастотный по п.1, отличающийся тем, что в качестве защитного устройства использован ограничитель напряжения из нелинейного варистора.

3. Заградитель высокочастотный, содержащий подключенные параллельно его входным выводам силовой реактор, защитное устройство, обладающее емкостным сопротивлением, а также блок настройки из цепи, содержащей последовательно соединенные конденсатор, первую катушку индуктивности и резистор и подключенной параллельно защитному устройству, отличающийся тем, что в блок настройки введена вторая катушка индуктивности, включенная между общим выводом резистора и защитного устройства и общим выводом конденсатора и первой катушки индуктивности.

4. Заградитель высокочастотный по п.3, отличающийся тем, что в качестве защитного устройства использован ограничитель напряжения из нелинейного варистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3