ЗАГРАДИТЕЛЬ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК H04B3/54 

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 высоко нелинейного 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, М., 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 параллельного 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 параллельно резистору. 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 второй конденсатор, первую катушку индуктивности и резистор и подключенной параллельно защитному устройству, в блок настройки введена вторая катушка индуктивности, включенная параллельно резистору. 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.1-3.

На фиг.1 и 2 приведены электрические схемы заградителя первого и второго вариантов 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 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 параллельно резистору 9.

Устройство на фиг.2 выполнено аналогично устройству на 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 подключенный параллельно к ним цепи из конденсатора 7, катушек индуктивностей 8 и 10 образуют 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 последовательно 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 превышают 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 2, и, следовательно, последняя обладает более широкими заграждающими возможностями.

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. Техническим результатом изобретения является расширение полосы заграждения при условии обеспечения электрической прочности заградителя. Технический результат достигается тем, что в заградителе высокочастотном, содержащем силовой реактор, защитное устройство, блок настройки из первого конденсатора, цепь из последовательно соединенных второго конденсатора, первой катушки индуктивности и резистора, в блок настройки введена вторая катушка индуктивности, включенная параллельно резистору. В качестве первого конденсатора использована собственная емкость ограничителя напряжения. В качестве защитного устройства использован ограничитель напряжения из нелинейного варистора. В заградителе высокочастотном (второй вариант устройства), в блок настройки введена вторая катушка индуктивности, включенная параллельно резистору. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Заградитель высокочастотный, содержащий подключенные параллельно его входным выводам силовой реактор, а также блок настройки из первого конденсатора 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 параллельно резистору, а параллельно входным выводам подключено защитное устройство, в качестве которого использован ограничитель напряжения из нелинейного варистора.2. Заградитель высокочастотный, содержащий подключенные параллельно его входным выводам силовой реактор и блок настройки из цепи, содержащей последовательно соединенные второй конденсатор, первую катушку индуктивности и резистор, отличающийся тем, что в блок настройки введена вторая катушка индуктивности, включенная параллельно резистору, а параллельно входным выводам подключено защитное устройство, обладающее емкостным сопротивлением, в качестве которого использован ограничитель напряжения из нелинейного варистора.