Канал струмів високої частоти. Високочастотний канал представляє собою електричну ланцюг, по якій проходять сигнали ВЧ. На рис. 13.6 показаний ВЧ-канал за схемою фаза-земля, при якому струм ВЧ проходить по одному з проводів ЛЕП і повертається по землі. На кожному кінці ЛЕП встановлюються високочастотні апарати (ВЧА) 1, що складаються з передавача ГВЧ, що генерує сигнали ВЧ, і приймає їх приймача ПВЧ. Вихідна ланцюг ВЧА підключається одним затискачем до землі, а другим до проводу ЛЕП через ВЧ кабель 2 фільтр приєднання 3 і високовольтний конденсатор зв'язку 4. По кінцях ЛЕП, використовуваної для передачі струмів ВЧ, встановлюються заградители 5, замикають вихід струмів ВЧ за межі ЛЕП.
Мал. 13.6. Принципова схема високочастотного каналу
Частина енергії, що генерується передавачем, втрачається в елементах каналу, т. Е. В кабелі, фільтрах приєднання, конденсаторах зв'язку, проводах захищається ЛЕП, і йде через загороджувачі. Тому ВЧ-передавач повинен з деяким запасом перекривати втрати в каналі, забезпечуючи достатній рівень потужності ВЧ-сигналу, що надходить на приймач протилежного кінця. Втрати енергії, що відбуваються при передачі ВЧ-сигналу (рис. 13.7), називаються загасанням і умовно характеризуються величиною а, вимірюваної в децибелах (дБ):
- де Рвх - потужність на вході розглянутого каналу (на початку елемента); Рвих - потужність, що отримується на його виході.
Раніше в якості одиниці загасання використовувався Непер (Нп) (1 дБ = 0,115 Нп).
Елементи високочастотного каналу. Конденсатор зв'язку 4 (рис. 13.6) призначений для приєднання поста до ЛЕП ВН. Опір конденсатора ХC = 1/2 п f З залежить від частоти проходить через нього струму. Для струмів промислової частоти 50 Гц воно велике (близько 1 200 000 Ом), тому струм витоку дуже малий. При високих частотах f> 50 кГц опір Хс різко зменшується. Вітчизняна промисловість випускає паперово-масляні конденсатори типу СМР-55 / на корінь з трьох = 0,044. Вони виготовляються у вигляді елементів, розрахованих на робочу напругу фази 32 кВ і мають ємність елемента 4400 пф. На ЛЕП 110 кВ встановлюється два таких елемента, що з'єднуються послідовно, на ЛЕП 220 кВ - чотири. Для ЛЕП 500 кВ випускаються конденсатори типу СМР-133 / на корінь з трьох = 0,0186; на таких ЛЕП встановлюється чотири елементи.
Мал. 13.7. До визначення загасання в елементах високочастотного каналу. см. (13.1)
Високочастотний кабель 2 (рис. 13.6). Як ВЧ-кабелю використовується одножильний кабель типу РК (наприклад, кабель РК-75-7-16 має хвильовий опір 75 ± 3 Ом, загасання 0,09 НП / м при 100 кГц).
Фільтр приєднання 3 (рис. 13.6) погоджує (зрівнює) вхідні опору кабелю з вхідним опором ЛЕП, з'єднує нижню обкладку кабелю зв'язку з землею, утворюючи таким чином замкнутий контур для струмів ВЧ, і компенсує ємність конденсатора зв'язку, що дозволяє зменшити до мінімуму опір конденсатора для струмів ВЧ.
Фільтр приєднання є повітряний трансформатор з відгалуженнями, що дозволяють змінювати самоіндукції його обмоток і взаємну індукцію між ними. У ланцюзі обмотки L1 вимкнений конденсатор зв'язку С, а в ланцюзі обмотки L2 - конденсатор С2 фільтра. Фільтр приєднання вільно пропускає струми тільки в певному робочому діапазоні частот. При цих частотах затухання фільтра відносно мало, а за межами робочих частот різко зростає.
Промисловістю випускається кілька типів фільтрів приєднань (ОФП-4, ФП, ФПУ і ін.) На частоти від 32 до 800 кГц для ЛЕП всіх класів напруг. Паралельно обмотці фільтра включається розрядник Р. При пробої конденсатора зв'язку та перекритті його ізоляції розрядник спрацьовує і створює надійний шлях для відводу в землю струмів КЗ.
Загороджувач 5 (рис. 13.6) перегороджує вихід струмів ВЧ за межі ЛЕП. Опір загороджувача Zзагр залежить від частоти. Для струмів ВЧ, переданих по даному каналу, Zзагр велике, а для струмів промислової частоти воно дуже мало.
Мал. 13.8. Високочастотний загороджувач:
a - резонансний (одночастотний); б - широкосмуговий
Загороджувач є резонансний контур (рис. 13.8, (2), налаштований на певну частоту - частоту ВЧ-каналу; він складається з силової індуктивної котушки Lк і елемента настройки, виконаного у вигляді регульованої ємності С.
Ємність С підбирається так, щоб контур загороджувача був налаштований в резонанс (струму) на задану частоту fр. т. е. щоб w Lк = 1 / w С. Такий загороджувач називається резонансним або одночастотним. При резонансної частоті опір контуру має максимальне значення (рис. 13.9).
Мал. 13.9. Резонансні характеристики загороджувачів:
1 - резонансного; 2 - широкосмугового
Високочастотний приймач (ППВЧ). Як уже зазначалося, ППВЧ є високочастотний апарат, що складається з двох частин - передавача сигналів ВЧ і приймача, що приймає ці сигнали. Приймач встановлюються разом з відповідними комплектами РЗ на кожному кінці захищається лінії.
Основним завданням ППВЧ є виключення помилкового дії комплекту РЗ, розташованого на дальньому кінці А захищається лінії при зовнішньому КЗ (див. Рис. 13.1, а); в цьому режимі Sк і Ік мають завжди позитивні знаки. Для цього передавач, розташований на ближньому кінці В захищається лінії, по команді РЗ В повинен посилати блокують імпульси, які забороняють працювати РЗА
Робочі частоти ППВЧ кожної лінії вибираються в діапазоні 30-500 кГц різними, для виключення взаємних впливів ВЧ-каналів сусідніх ліній (допускається зближення частот до 1,5 кГц).
В енергосистемах Росії використовується кілька видів ППВЧ, що розрізняються за конструктивним виконанням та технічними характеристиками. Оскільки все ППВЧ мають однакове призначення, вони в основному складаються з однотипних функціональних вузлів (елементів).
З урахуванням цього на рис. 13.10 приведена (з певними спрощеннями) узагальнена функціональна схема сучасних приймачів.
Передавач ВЧ відповідно до покладених на нього функціями складається з генератора, що задає ВЧ (ГВЧ), допоміжного керуючого підсилювача (ВУУ) і основного підсилювача потужності ВЧ-сигналу (МКС).
Генератор ВЧ виробляє сигнал ВЧ заданого рівня (у вигляді струму або напруги ВЧ). Для забезпечення високої точності рівня сигналу використовується кварцовий резонатор. Однак при вирішенні проблеми стабільності ВЧ-сигналу застосування кварцу (через його інертності) уповільнює процес наростання частоти до 0,1-0,2 с. Оскільки таке уповільнення дії захисту при кожному включенні ГВЧ в момент КЗ неприпустимо, то у всіх конструкціях ГВЧ працює безперервно, але вихід його сигналу в ВЧ-канал замкнений на вхідному транзисторі наступного вузла. Цим вузлом, як видно зі схеми, є ВУУ. Електронна схема ВУУ побудована так, щоб з її допомогою схема РЗ могла реалізувати: пуск передавача при КЗ (т. Е. Передачу ВЧ-сигналу на протилежний кінець за елементами ВЧ-каналу); останов передавача після відключення КЗ; маніпуляцію ВЧ-сигналу напругою промислової частоти (що є основною умовою роботи діффазной ВЧ-захисту); заборона дії автоматичного контролю справності каналу і приймача, а також деякі інші операції. З урахуванням цих функцій вузол ВУУ називають керуючим підсилювачем.
Потужність генератора, що задає дуже мала і недостатня для подолання затуханий в проводах Bл і в елементах ВЧ-каналу. Цей недолік усувається застосуванням підсилювача потужності ВЧ-сигналу МКС, що виконується зазвичай з декількох каскадів.
Вихідний сигнал МКС надходить на лінійний фільтр ЛФ. Цей сигнал може мати спотворення, викликані нелінійністю напівпровідникових елементів допоміжного та основного підсилювачів. Завданням ЛФ є відфільтрувати (замкнути проходження) гармоніки, забезпечивши повну синусоидальность форми сигналу, що минає з виходу останнього вузла приймача. Поряд з цим ЛФ повинен забезпечити узгодження вихідного опору передавача зі своєю навантаженням. Такий навантаженням, як видно зі схем рис. 13.6 і 13.10, служить високочастотний кабель зв'язку.
Мал. 13.10. Структурна схема ВЧ-поста
Вихідна потужність, послана в високочастотний канал передавача, визначається на виході ЛФ як твір вихідної напруги на струм (в залежності від типу ВЧА вона дорівнює 25-40 Вт).
Високочастотний приймач. ВЧ-сигнал, що прийшов з віддаленого кінця захищається лінії, надходить на вхід ЛФ розглянутого ППВЧ (ЛФ загальний для передавача і приймача). Приймач повинен мати високу вибірковість: повинен мати найменший опір току заданої частоти (як правило, робоча частота задається однаковою для передавача і приймача). Другою важливою характеристикою приймача є його чутливість. Вона повинна бути відбудована від ВЧ-перешкод і достатньою для мінімальних рівнів вхідних сигналів.
Хто приходить із проводів ПЛ ВЧ-сигнал, пройшовши ЛФ, надходить на вхідні фільтри (в основному вузькосмугові) приймача ВФ, що забезпечують необхідну вибірковість приймача. З виходу ВФ сигнал робочої частоти надходить на вхід підсилювача УВЧ, що підсилює його (у вигляді струму або напруги) до необхідного рівня, після чого потрапляє на вихідний вузол приймача Вих. Тут сигнал перетвориться в струм або напруга постійного знака і надходить до відповідного органу (елемент) комплекту РЗ, призначений для його блокування (коли при зовнішньому КЗ проходять через місце його установки потужність і струм мають позитивні знаки).
Питання пристрою високочастотних апаратів тут не розглядаються, так як до теперішнього часу вони є предметом дослідження іншої навчальної дисципліни. Сучасні ППВЧ виконуються з автоматичним контролем. Вперше такі пристрої були розроблені в процесі експлуатації для ВЧА УПЕ-70 і застосовані в Мосенерго. Досвід їх експлуатації був корисний, і тепер система автоматичного контролю вважається обов'язковою до застосування. В якості прикладу відзначимо, що в даний час розроблені і застосовуються у вітчизняних ВЧЗ наступні приймачі:
АВЗК-80 з АК-80 - універсальний приймач для ліній 110, 220 кВ і СВН, що випускається з 1980 р (завод "Нептун", м.Одеса);
ПВЗ-90М-універсальний з автоконтролю (м Могилів);
ПВЗЛ - призначений для заміни морально застарілої радіоламповому апаратури на ПЛ 110, 220 кВ довжиною до 100 км з автоконтролю на інтегральних схемах (розроблені і виготовляються в ОЗАП Мосенерго).
На лініях більш високої напруги (330-1150 кВ) до приймача-передавача пред'являються додаткові вимоги, обумовлені більш високим рівнем перешкод і загасанням потужності сигналу в ВЧ-каналі.