Принцип работы и назначение ВЧ-каналов связи высоковольтных линий электропередач

Канал связи — совокупность устройств и физических сред, передающих сигналы. С помощью каналов сигналы передаются из одного места в другое, а также переносятся во времени (при хранении информации).

Наиболее распространенные устройства, входящие в состав канал: усилители, антенные системы, коммутаторы и фильтры. В качестве физической среды часто используются пара проводов, коаксиальный кабель, волновод, среда, в которой распространяются электромагнитные волны.

Коаксиальный кабель — высокочастотный кабель у которого один из проводов представляет собой полую трубу, полностью охватывающую второй провод. Внутренний провод располагается точно по оси трубы, почему кабель и называется коаксиальным или концентрическим. Чтобы удержать внутренний провод в таком положении, либо пространство между внешним и внутренним проводом сплошь заполняются изоляционным материалом, либо на внутренний провод одеваются отдельные изоляторы.

Поскольку в коаксиальном кабеле все электрические и магнитные поля сосредоточены в пространстве между внешним и внутренним проводом, т. е. внешних полей нет, то потери на излучение ничтожны. Для уменьшения потерь на нагревание металла внутренний провод может быть сделан большого диаметра (поверхность внешнего провода во всяком случае достаточно велика).

Если коаксиальный кабель должен быть гибким, то его внешний провод делается в виде гибкой металлической оплетки и кабель заполняется пластичным изоляционным материалом.

С точки зрения техники связи наиболее важными характеристиками каналов связи являются искажения, которым подвергаются передаваемые по нему сигналы. Различают искажения линейные и нелинейные. Линейные искажения состоят из частотных и фазовых искажений и описываются переходной характеристикой или, что эквивалентно, комплексным коэффициентом передачи канала. Нелинейные искажения даются нелинейными зависимостями, указывающими, как изменяется сигнал при прохождении по каналу связи.

Канал связи характеризуется совокупностью сигналов, которые посылаются на передающем конце, и сигналами, которые принимаются на приемном конце. В случае, когда сигналы на входе и выходе канала являются функциями, определенными на дискретном множестве значений аргумента, канал называется дискретным. Такими каналами связи пользуются, например, при импульсных режимах работы передатчиков, в телеграфии, телеметрии, радиолокации.

Непрерывным называется канал, сигналы на выходе и входе которого представляют собой непрерывные функции. Такие каналы широко используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Дискретные и непрерывные каналы связи широко применяются также в автоматике и телемеханике.

Несколько различных каналов могут использовать одну и ту же техническую линию связи. В этих случаях (например, в многоканальных линиях связи с частотным или временным разделением сигналов) каналы объединяются и разъединяются с помощью специальных коммутаторов или фильтров. Иногда, наоборот, один канал использует нескольких технических линий связи.

Диапазон частоты ВЧ-каналов связи – от десятков до сотен кГц. Высокочастотная связь организуется между двумя смежными подстанциями, которые соединены линией электропередач напряжением 35кВ и выше. Для того чтобы переменный ток частотой 50 Гц попадал на шины распределительного устройства подстанции, а сигналы связи на соответствующие комплекты связи, используют высокочастотные заградители и конденсаторы связи.

Для приема и обработки сигналов ВЧ-связи на обеих подстанциях, между которыми организована ВЧ-связь, устанавливают специальные фильтры, приемопередатчики сигналов и комплекты оборудования, которые осуществляют определенные функции. Ниже рассмотрим, какие именно функции могут реализовываться с применением ВЧ-связи.

Наиболее важная функция – использование ВЧ-канала в устройствах релейной защиты и автоматики оборудования подстанции. ВЧ-канал связи используется в защитах линий 110 и 220кВ – диференциально-фазной защиты и направленно-высокочастотной защиты. По обоим концам ЛЭП устанавливают комплекты защит, которые имеют связь между собой по ВЧ-каналу связи. Благодаря надежности, быстродействию и селективности, защиты с использованием ВЧ-канала связи используются в качестве основных для каждой ВЛ 110-220кВ.

дистанционная с ВЧ блокировкой,

В первых двух типах защит по ВЧ каналу при внешнем коротком замыкании передается сплошной сигнал ВЧ блокировки, в дифференциально-фазовой защите по каналу релейной защиты передаются импульсы напряжения ВЧ. Длительность импульсов и пауз примерно одинакова и равна половине периода промышленной частоты. При внешнем коротком замыкании передатчики, расположенные по обоим концам линии, работают в разные полупериоды промышленной частоты. Каждый из приемников принимает сигналы обоих передатчиков. Вследствие этого при внешнем коротком замыкании оба приемника принимают сплошной блокирующий сигнал.

При коротком замыкании на защищаемой линии происходит сдвиг фаз манипулирующих напряжений и появляются интервалы времени, когда оба передатчика остановлены. При этом в приемнике возникает прерывистый ток, используемый для создания сигнала, действующего на отключение выключателя данного конца защищаемой линии.

Обычно передатчики на обоих концах линии работают на одной частоте. Однако на линиях большой протяженности иногда выполняются каналы релейной защиты с передатчиками, работающими на разных ВЧ или па частотах с малым интервалом (1500—1700 гц). Работа на двух частотах дает возможность избавиться от вредного влияния сигналов, отраженных от противоположного конца линии. Каналы релейной защиты используют специальный (выделенный) ВЧ канал.

Существуют также устройства, которые с использованием ВЧ-канала связи, определяют место повреждения линий электропередач. Кроме того, ВЧ-канал связи может использоваться для передачи сигналов оборудования телемеханики, SCADA, САУ и других систем оборудования АСУ ТП. Таким образом, по каналу высокочастотной связи можно осуществлять контроль над режимом работы оборудования подстанций, а также передавать команды управления выключателями и различными функциями устройств РЗА.

Канал связи по линиям электропередачи — канал, используемый для передачи сигналов в диапазоне от 300 до 500 кгц. Используются различные схемы включения аппаратуры канала связи. Наряду со схемой фаза — земля (рис. 1), встречающейся наиболее часто благодаря своей экономичности, применяются схемы: фаза — фаза, фаза — две фазы, две фазы — земля, три фазы — земля, фаза — фаза разных линий. ВЧ заградитель, конденсатор связи и фильтр присоединения, используемые в этих схемах, являются оборудованием обработки ЛЭП для организации по их проводам ВЧ каналов связи.

Рис. 1. Структурная схема простого канала связи по линии электропередачи между двумя смежными подстанциями: 1 — ВЧ заградитель; 2 — конденсатор связи; 3 — фильтр присоединения; 4 — ВЧ кабель; 5 — устройство ТУ — ТС; в — датчики телеизмерений; 7 —приемники телеизмерений; 8 — устройства релейной зашиты или (и) телеавтоматики; 9 — АТС; 10 — абонент АТС; 11 — прямые абоненты.

ВЧ-каналы могут использовать для связи с оперативно-выездными бригадами, которые осуществляют ремонт участков поврежденных линий электропередач, ликвидируют повреждения в электроустановках. Для этой цели используют специальные переносные приемопередатчики.

Применяется следующая ВЧ аппаратура, подключаемая к обработанной ЛЭП:

комбинированная аппаратура для каналов телемеханики, автоматики, релейной защиты и телефонной связи;

специализированная аппаратура для какой-либо одной из перечисленных функций;

аппаратура дальней связи, подключаемая к ЛЭП через устройство присоединения непосредственно или с помощью дополнительных блоков для сдвига частот и повышения уровня передачи;

аппаратура импульсного контроля линий.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Конденсаторы отбора мощности и связи и заградители

Общие сведения. Конденсаторы отбора мощности и связи используются на ПС 35-110 кВ в измерительных устройствах, в специальных устройствах для отбора мощности с ВЛ, а также для получения ВЧ-каналов защит, телефонной связи, телемеханики по схеме «провод ВЛ-земля».

В основе использования ВЛ для одновременной передачи электроэнергии и высокочастотных сигналов лежит свойство конденсатора изменять своё сопротивление в зависимости от частоты тока, проходящего через него. Иначе говоря, он не пропускает токи низких частот и не мешает прохождению ВЧ-токов.

Устройство конденсатора. Этот аппарат состоит из металлических лент малой толщины, меж которыми проложены слои изолирующей бумаги. К металлическим изолированным лентам припаиваются выводы, а затем их сворачивают в плоские секции, так называемые, элементарные конденсаторы.

Необходимую ёмкость получают путём параллельного или последовательного соединения определенного количества элементарных конденсаторов.

После сборки, конденсатор помещается в корпус из фарфора, заполняемый ещё и сухим трансформаторным маслом. При этом, выводами аппарата являются крышки из стали, которые закрывают корпус с торца.

В результате, внутренняя часть корпуса не контактирует с атмосферой. Колебания давления масла внутри корпуса при изменениях температуры компенсируются путём сжатия (выпучивания) стенок коробок расширителей, которые погружены в масло.

Стоит учесть, что масса воздуха в коробках расширителей постоянна. Конденсаторы всегда устанавливаются на изолирующие подставки, которые предотвращают уход ВЧ-токов в землю мимо аппаратуры ВЧ-поста.

Применение заградителей, конденсаторов в схемах ВЧ-каналов. С помощью конденсаторов к проводам ВЛ подключаются специальные ВЧ-посты, которые предназначены для передачи-приёма ВЧ-сигналов.

ВЧ-посты подключаются через ФП (фильтры присоединений), которые предназначены для отделения аппарата низкого напряжения от контакта с конденсаторами, и исключения влияний на них тока промышленной частоты.

В данном случае, ФП настраивается на передаваемые по каналу связи частоты. При работе ВЧ-постов токи высокой частоты трансформируются по обмоткам, а токи утечки промышленной частоты, минуя ВЧ-аппараты, проходят через первичную обмотку, так называемого, «воздушного трансформатора» в землю.

Утечка ВЧ-токов за пределы ВЛ предотвращается при помощи заградителей, представляющих собой резонансные контуры.

Заградитель – это набор силовых катушек и регулируемых конденсаторов, размещаемых прямо внутри катушек. Сопротивление заградителей для токов резонансной частоты очень велико, а вот для токов промышленной частоты – мало, поэтому они беспрепятственно попадают на шины ПС 35-110 кВ.

Заградитель подвешивается на гирляндах изоляторов и включается в рассечку провода ВЛ. Сквозь силовые катушки заградителя проходит рабочий ток ВЛ.

Порядок осмотра. Для правильной и длительной работы рассматриваемого оборудования следует выполнять текущие осмотры. В случае тяжёлых метеорологических условий (гололеда, сильного ветра или мокрого снега) следует выполнять и внеочередные осмотры.

При осмотре конденсаторов отбора мощности, связи следует обращать особое внимание на следующие моменты:

Неукоснительность выполнения перечисленных требований обусловлена конструктивной особенностью конденсаторов; снижение их герметичности может стать причиной увлажнения масла вследствие проникновения воздуха, что, в свою очередь повлечет преждевременный выход аппарата из строя.

Проведение работ на находящихся под напряжением конденсаторах связи не допускаются. Аналогичный запрет распространяется и на касание изолирующей подставки и (или) фланцев последней даже при включенном разъединителе с заземляющими ножами.

Во избежание падений заградителей необходимо периодически контролировать состояние мест присоединения к ВЛ и спусков к линейным разъединителям, в целости жил ВЛ, в надежности крепления подвесных изоляторов и самого заградителя.

Источник

Что такое конденсатор связи?

Конденсатор связи представляет собой конденсатор, который используется для переменного только переменного сигнала от одного элемента схемы к другому. Конденсатор блокирует сигнал постоянного тока от входа во второй элемент и, таким образом, только передает сигнал переменного тока.

Использование конденсаторов связи

Соединительные конденсаторы полезны во многих типах цепей, где сигналы переменного тока являются желаемыми сигналами, которые выводятся, тогда как сигналы постоянного тока используются только для обеспечения питания определенных компонентов в цепи, но не должны отображаться на выходе.

Например, конденсатор связи обычно используется в аудиосхемах, таких как микрофонный контур. Питание постоянного тока используется для подачи питания на части схемы, такие как микрофон, для которого требуется питание постоянного тока. Поэтому сигналы постоянного тока должны присутствовать в цепи для питания. Однако, когда пользователь разговаривает в микрофон, речь представляет собой сигнал переменного тока, и этот сигнал переменного тока является единственным сигналом. Когда мы передаем сигналы переменного тока от микрофона на выходное устройство, скажем, громкоговорители для воспроизведения или компьютер, который нужно записать, мы не хотим передавать сигнал постоянного тока; помните, что сигнал постоянного тока был только для питания частей схемы. Мы не хотим, чтобы он показывался на выходной записи. На выходе нам нужен только речевой сигнал AC. Поэтому, чтобы убедиться, что только AC проходит, когда сигнал постоянного тока заблокирован.

Конденсаторы связи широко используются в промышленности для передачи сигналов по высоковольтным линиям. Благодаря свойствам конденсатора, он беспрепятственно пропускает токи высокой часто по линиям электропередач при этом создавая большое сопротивления для токов промышленной частоты. Купить конденсаторы связи типа сма и cm можно на сайте http://www.elfarfor.com.ua.

Как подключить конденсатор в цепи

Чтобы разместить конденсатор в цепи для связи переменного тока, конденсатор соединяется последовательно с нагрузкой, подлежащей соединению.

Конденсатор способен блокировать низкие частоты, такие как постоянный ток, и передавать высокие частоты, такие как переменный ток, поскольку он является реактивным устройством. Он реагирует на разные частоты по-разному. Для низкочастотных сигналов он имеет очень высокое сопротивление, поэтому низкочастотные сигналы блокируются от прохождения.

Как выбрать значение соединительного конденсатора

Теперь, когда мы знаем, что такое конденсатор связи и как разместить его в цепи для соединения, следующим является то, как выбрать подходящее значение для конденсатора связи.

Значение конденсатора связи зависит от частоты пропускаемого переменного тока.

Конденсаторы представляют собой реактивные устройства, что означает, что они предлагают разное сопротивление сигналам разных частот. Для низкочастотных сигналов, таких как постоянный ток с частотой 0 Гц, конденсаторы обладают очень высоким сопротивлением. Это то, как конденсаторы могут блокировать сигналы постоянного тока от прохождения через него. Однако, по мере увеличения частоты сигнала, конденсатор обеспечивает постепенно меньшее сопротивление. Реактивное сопротивление конденсатора изменяется в соответствии с формулой, реактивное сопротивление = 1 / 2πfC, где f — частота, а C — емкость. Таким образом, вы можете видеть, что реактивное сопротивление, которое предлагает конденсатор, пропорционально частоте и емкости.

Поскольку конденсаторы предлагают меньше реактивности на более высоких частотах, требуется очень низкая емкость. Поэтому очень высокочастотным сигналам нужны только очень маленькие конденсаторы, например, в области пикофарад (pF).

Конденсаторы обеспечивают большую реактивность на более низких частотах. Поэтому они нуждаются в гораздо больших значениях емкости, чтобы пропускать эти низкочастотные сигналы. Поэтому для низкочастотных сигналов потребуются конденсаторы в диапазоне микрофарад.

Таким образом, конденсаторы связи используются во многих различных приложениях. Одно из наиболее распространенных приложений — для усилителей. Тем не менее, они могут использоваться практически в любой цепи, которая требует блокировки по постоянному току с помощью переменного тока, например, радиочастотных (RF) приложений.

Поскольку аудиочастотные и радиочастотные приложения удовлетворяют широкому диапазону частот, которые влекут за собой частоты от герц до мегагерца, это охватывает все частоты, необходимые для соединения приложений.

Ниже приведено основное правило конденсаторов, которое может использоваться для различных частот.

Для соединения сигнала 100 Гц можно использовать конденсатор емкостью 10 мкФ.

Для сигнала 1000 Гц можно использовать конденсатор емкостью 1 мкФ.

Для сигнала 10 кГц можно использовать конденсатор 100 нФ.

Для сигнала 100 кГц можно использовать конденсатор 10 нФ.

Для сигнала 1 МГц можно использовать конденсатор 1nF.

Для сигнала 10 МГц можно использовать конденсатор на 100 пФ.

Для сигнала 100 МГц можно использовать конденсатор емкостью 10 пФ.

Это приблизительная оценка, которая будет эффективной в большинстве случаев. Единственной переменной, которая может повлиять на вышеуказанные значения, является сопротивление параллельно конденсатору.

Если сопротивление параллельно конденсатору составляет около 10 кОм или менее, все значения сохраняются. Обычно сопротивление намного меньше этой суммы.

Однако, если сопротивление больше, например, между 10K и 100K Ω, вы можете разделить вышеуказанный конденсатор на 10; что означает, что вы можете использовать даже меньший конденсатор. Это прекрасно, если вы используете конденсатор больше, он будет работать так же хорошо. Но вы можете использовать даже меньший конденсатор, потому что, если сопротивление параллельно больше, это делает сигнал переменного тока, который выбирает путь конденсатора намного легче, чем путь резистора, поскольку контур конденсатора имеет гораздо меньшее сопротивление по сравнению с резистором, если резистор больше. Так как сопротивление увеличивается, значение емкости может уменьшаться. Но, опять же, использование большего значения конденсатора, чем нужно, никогда не повредит.

Таким образом, это эффективный метод выбора значения соединительного конденсатора. Это позволяет использовать низкочастотную или высокочастотную связь.

В то время как соединительные конденсаторы проходят через сигналы переменного тока к выходу, развязывающие конденсаторы делают практически противоположное; развязывающие конденсаторы шунтируют сигналы переменного тока на землю и проводят сигнал постоянного тока в цепи. Развязывающие конденсаторы предназначены для очистки сигналов постоянного тока от переменного тока.

Источник

Что такое конденсатор и для чего он нужен в схемах

Общая концепция

Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И все, больше ничего. С виду простая радиодеталь, но работает на высоких и низких частотах по-разному.

Обозначается на схеме двумя параллельными линиями.

Принцип работы

Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.

Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.

Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две противоположные обкладки. Это свойство материи называется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она значительно больше. Поэтому обкладки конденсатора выполнены из проводника.

Чем больше емкость — тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.

Основное свойство конденсатора — это емкость. Она зависит от площади пластин, расстояния между ними и материала диэлектрика, которым заполняют пространство между обкладками.

По мере накопления зарядов, поле начинает ослабевать, а сопротивление нарастает. Почему так происходит? Места на обкладках все меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление называется реактивным, или емкостным. Оно зависит от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.

Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратится. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.

А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все сильнее давить на диэлектрик, поскольку места на обкладках уже нет. Но если напряжение на конденсаторе превысит допустимые знания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда использовать конденсатор для высоких напряжений? Можно увеличить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при этом уменьшается емкость детали.

Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.

Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.

Конденсатор и цепь постоянного тока

Добавим в схему лампочку. Она загорится только во время зарядки.

Еще одна важная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение как бы догоняет ток, поскольку сопротивление нарастает плавно, по мере зарядки. Электрические зарядам нужно время, чтобы переместиться к обкладкам конденсатора. Так называется время зарядки. Оно зависит от емкости, частоты и напряжения.

По мере зарядки, лампочка начинает тусклее светиться.

Лампочка затухает при полной зарядке.

Постоянный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.

Цепь с переменным током

А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.

Электростатическая индукция возникает постоянно, если электрический ток переменный. Каждый раз, когда ток начинает менять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.

Поэтому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.

Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.

Назначение и функции конденсаторов

Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:

Примеры использования

В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости.

В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит.

С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал.

Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы.

А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.

Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.

Фазовые искажения

Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.

Источник