Схема высокочастотного тракта по кабельной линии электропередачи
HIGH-FREQUENCY PATH CIRCUIT THROUGH A POWER TRANSMISSION CABLE LINE

Изобретение относится к области электросвязи и может быть использовано при организации высокочастотных каналов передачи информации по фазным проводам кабельных линий электропередачи (КЛ) без транспозиции экранов кабелей в КЛ.
Известно, что провода КЛ используются для организации каналов электросвязи. В этом случае аппаратура уплотнения подключается к фазным проводам линии через конденсаторы связи, фильтры присоединения и высокочастотные (ВЧ) кабели.
Для организации ВЧ канала используется присоединение к линиям электропередачи по схеме «фаза-земля» или «фаза-фаза».
Известна схема одностороннего заземления экранов кабельной линии электропередачи, включающая защитные аппараты от перенапряжений на незаземленном конце экрана. При заземлении экранов на одном конце кабельной линии электропередачи металлические экраны трех фаз соединяются между собой и заземляются на общем заземляющем устройстве с нормируемым сопротивлением [Быстрое А.В. Разработка методики выбора энергоэффективной системы заземления экранов одножильных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-500 кВ. Автореф. дисс. канд. техн. наук, М., 2014, с. 33].
Преимуществами данной схемы одностороннего заземления экранов являются отсутствие токов и дополнительных потерь мощности в экране, дополнительного источника нагрева кабеля.
К недостаткам системы относятся наличие наведенного потенциала на экране, необходимость монтажа защитных аппаратов от перенапряжений, дополнительные затраты при строительстве.
Известна схема ВЧ тракта по КЛ с заземлением экранов с одной стороны, содержащая ВЧ кабель, предназначенный для присоединения терминала связи, расположенного в помещении аппаратного зала с устройством присоединения, расположенного на открытом распределительном устройстве в ячейке линии электропередачи, по которой организован канал ВЧ связи; устройство присоединения, состоящее из фильтра присоединения и конденсатора связи, которое предназначено для безопасного подключения с малыми потерями терминала канала связи к фазе линии электропередачи, находящейся под высоким напряжением [Харламов В.А., Шкарин Ю.П., Романов С.Е., Меркулов AT. Особенности организации ВЧ каналов связи по кабельным и кабельно-воздушным линиям электропередачи, Москва, Энергетик №12, 2018, стр. 13-18]. Данная схема принята за прототип.
По КЛ передается электроэнергия, и они же используются как линия связи в канале ВЧ связи. Каждая фаза кабельной линии электропередачи -кабель высокого напряжения с твердой изоляцией из сшитого полиэтилена. Экран каждого из кабелей с одной стороны соединен с землей, а с другой -изолирован.
Прототип обладает недостатком, значительно сужающим область его применения: частотная зависимость рабочего затухания и входного сопротивления ВЧ тракта (линии связи) имеет существенное, периодически повторяющееся вблизи некоторых частот изменение затухания и входного сопротивления, что приводит к ухудшению параметров канала ВЧ связи, а зачастую к невозможности их создания.
Указанный недостаток прототипа устранен в предлагаемом устройстве.
Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности и расширения возможности создания каналов ВЧ связи.
Поставленная задача достигается тем, что в схему высокочастотного тракта по кабельной линии электропередачи с заземлением экранов высоковольтных кабелей с одной стороны без их транспозиции, содержащей высокочастотный кабель, выход которого соединен с входом устройства присоединения, а выход устройства присоединения соединен с фазой одного из высоковольтных кабелей кабельной линии электропередачи, на разомкнутом конце экранов кабельной линии электропередачи дополнительно введен двухполюсник, один вывод которого соединен с изолированным экраном высоковольтного кабеля кабельной линии электропередачи, а другой вывод соединен с контуром заземления по крайней мере для одного высоковольтного кабеля кабельной линии электропередачи, при этом электрическое сопротивление между выводами двухполюсника на промышленной частоте 50 Гц составляет не менее 500 кОм, а в пределах рабочей полосы частот канала высокочастотной связи - не более 10 Ом. Кроме того, в качестве двухполюсника может использоваться контур LC.
Существенное отличие предлагаемого устройства от прототипа (соответствие предлагаемого решения критерию «новизна») заключается в том, что введен двухполюсник, включенный между изолированным экраном высоковольтного кабеля кабельной линии электропередачи и контуром заземления по крайней мере для одного высоковольтного кабеля кабельной линии электропередачи, как показано на фиг. 1.
Устройство включает:
1 - ВЧ кабель; 2 - устройство присоединения; 3 - высоковольтную кабельную линию электропередачи; 4 - двухполюсник.
Выход ВЧ кабеля (1), который прокладывается между помещением связи, где устанавливается концевая аппаратура канала ВЧ связи, и ячейкой кабельной линии электропередачи, соединяется со входом устройства присоединения (2), установленного в этой ячейке и состоящего из фильтра присоединения и конденсатора связи. Выход устройства присоединения (2) соединяется с фазой высоковольтного кабеля кабельной лини электропередачи (3), которая выбрана как рабочая. Экраны высоковольтных кабелей кабельной линии электропередачи (3) со стороны подстанции А соединяются с входом двухполюсника (4), причем это соединение может быть не для всех экранов. Выход двухполюсника (4) соединяется с контуром заземления. Экраны высоковольтных кабелей кабельной линии электропередачи (3) со стороны подстанции Б соединяются с контуром заземления.
Введение двухполюсника в предлагаемом устройстве обеспечивает необходимое ограничение тока 50 Гц, протекающего по экранам высоковольтных кабелей, а на частотах ВЧ канала - заземления экранов с обеих сторон КЛ (с учетом того, что с одной из сторон экраны высоковольтных кабелей заземлены штатно).
На рис. 1 показаны частотные зависимости затухания и входного сопротивления линии связи по КЛ, характерные для прототипа (экраны высоковольтных кабелей заземлены с одной стороны КЛ и изолированы с другой) и предлагаемого устройства (экраны высоковольтных кабелей заземлены с обоих концов КЛ). Длина КЛ принята 1500 м.
Жирные кривые демонстрируют частотные зависимости затухания и входного сопротивления линии связи по КЛ, характерные для прототипа, полужирные - для предлагаемого устройства.
Характер зависимости рабочего затухания и входного сопротивления от частоты обусловлен особенностями распространения волн по КЛ, которые рассматриваются с привлечением модальной теории распространения волн в многопроводных линиях.
Наиболее простым случаем реализации предлагаемого устройства является его использование для канала ВЧ защиты, рабочая полоса частот которых достаточно узка (2 кГц). В этом случае двухполюсник может быть выполнен как последовательный контур LC (фиг. 2), настроенный на несущую частоту канала ВЧ защиты и включенный между экраном рабочей фазы канала ВЧ защиты и землей.
Предположим, что несущая частота канала ВЧ защиты равна 280 кГц. Для этой частоты можно принять С=5 нФ и L=65 мкГн.
На рис. 2 показаны частотные зависимости рабочего затухания и входного сопротивления ВЧ тракта с указанными значениями С и L.
Жирная кривая демонстрирует зависимость, характерную для прототипа с изоляцией экранов с одной из сторон; полужирная - для предлагаемого устройства с использованием в качестве двухполюсника контура LC (фиг. 2), настроенного на частоту 280 кГц.
Как видно на рис. 2, вблизи частоты 280 кГц (частота настройки контура LC) частотная зависимость рассматриваемых параметров существенно улучшается, практически повторяя оптимальную.
При данных характеристиках двухполюсник обеспечивает необходимый режим работы КЛ как линии электропередачи за счет ограничения тока промышленной частоты, протекающего по экранам КЛ, до допустимой величины), а с другой - существенное улучшение параметров канала ВЧ связи за счет создания наиболее благоприятных условий распространения сигналов высокой частоты по КЛ, когда экраны КЛ заземлены с двух сторон КЛ).