Система защиты и согласования с ВЧ трактом ВЛ — «ПАУК»

Основные причины
необходимости примения СЗиС

1. Согласование терминалов с ВЧ трактом ВЛ

Реальные характеристики ВЧ трактов ВЛ в значительной степени отличаются от нормируемых. Входное сопротивление ВЧ трактов в пределах рабочего частотного диапазона 16-1000 кГц может составлять от 25 Ом до 350 Ом.

Совместная работа нескольких ВЧ терминалов на один ВЧ тракт дополнительно ухудшает условия согласования. Режим работы терминалов на несогласованную нагрузку приводит :

1. К уменьшению запасов по перекрываемому затуханию до 12 дБ при входном сопротивлении ВЧ трактов выше нормируемого.
2. К перегрузкам силовых модулей ВЧ терминалов и как следствие нарушению условий ЭМС при входном сопротивлении ВЧ трактов ниже нормируемого.
3. К возникновению отраженных сигналов, снижающих КПД системы передачи информации
   по ВЧ трактам ВЛ вплоть до не возможности организации цифровых ВЧ каналов.

Эффективность применения СЗиС за счет оптимального согласования ВЧ терминала с ВЧ трактом ВЛ может составлять до 12 дБ.

2. Защита от коммутационных перенапряжений и грозовых разрядов

Кратковременное перенапряжение — это внешнее воздействие кратковременного пика напряжения (меньше миллисекунды) на ВЧ терминал, амплитуда которого может в 1000 раз превысить номинальный уровень полезного сигнала.

Причины возникновения перенапряжений различны, но результат отсутствия эффективной
защиты один:

Потеря канала связи на неопределенное время;
Выход из строя дорогостоящего оборудования;
Опасность поражения электрическим током эксплуатационного персонала и потребителей.

Рисунок 1. Демонстрация защитной функции СЗиС «ПАУК».

3. Защита от выноса потенциала высокого напряжения

Отсутствие на объектах энергетики качественного заземления, нарушение правил прокладки телекоммуникационных сетей, штатные переключения и аварийные режимы работы электросилового оборудования приводят к вероятности выноса потенциала высокого напряжения в линейный аппаратный зал, где установлено оборудование ВЧ каналов.

Результат отсутствия эффективной защиты от выноса потенциала высокого напряжения:

• Выход из строя дорогостоящего оборудования;
• Опасность поражения электрическим током эксплуатационного персонала и потребителей.

Рисунок 2. Демонстрация воздействия грозовых разрядов на энергообъект.

Предназначение защиты

Устройства защиты используются для ограничения амплитуды высоковольтных импульсов перенапряжения до значений, совместимых с характеристиками присоединенного к ВЧ тракту ВЛ оборудования.

Основные особенности характеризующие устройство защиты от перенапряжений — это его способность замыкать большие токи на землю (т.е. рассеивать значительное количество энергии), ограничения напряжения воздействующего на защищаемое оборудование на минимально возможном уровне и выполнение этих функций в минимально возможный короткий промежуток времени.

При проверке устойчивости оборудования к воздействию на него различных видов высоковольтного перенапряжения различными стандартами и нормативными документами, рекомендуется имитация этих воздействий сформированными высоковольтными импульсами высоких энергий и различных форм.

График 1. Имитация перенапряжений испытательными высоковольтными импульсами.

График 2. Графическое представление защитной функции СЗиС «ПАУК».

Выполняемые функции СЗиС «ПАУК»

Система защиты и согласования предназначена для присоединения каналообразующего оборудования к ВЧ тракту ЛЭП и выполняет функции:

• Приведения входного сопротивления ВЧ тракта ЛЭП к нормативным требованиям;
• Обеспечения параллельного присоединения нескольких ВЧ терминалов каналообразующего оборудования к одному ВЧ тракту ВЛ;
• Обеспечения электромагнитной совместимости при совместной работе нескольких терминалов каналообразующего оборудования (суммарной пиковой мощностью до 400 Вт) по одному ВЧ тракту ВЛ;
• Трехступенчатой защиты каналообразующего оборудования от воздействия высоковольтных импульсных помех и помех от грозовых разрядов;
• Обеспечения электромагнитной совместимости каналообразующего оборудования и взаимодействующих с ним внешних систем связи, РЗ и ПА при воздействии токов выравнивания потенциалов (при работе в условиях некачественного контура заземления или в режиме разных контуров заземления ОРУ и ОПУ);
• Фильтра подавления высокочастотных помех в диапазоне частот выше 1000 кГц;
• Индикации работоспособности тракта передачи каналообразующего оборудования;
• Индикации режима обрыва ВЧ тракта ВЛ;
• Индикация степени согласования ВЧ терминала с ВЧ трактом ВЛ (опционально).
  
  

Принцип работы

Схема 1. Структурная функциональная схема СЗиС «ПАУК».

Согласующее устройство

Система согласования выходного сопротивления ВЧ терминала с входным сопротивлением ВЧ тракта ВЛ выполнена по трансформаторной схеме и позволяет выполнение согласования в диапазоне частот 16­—1000 кГц и диапазоне изменения входного сопротивления ВЧ тракта ВЛ 25—350 Ом.

Защита от кратковременного
высоковольтного перенапряжения

Система защиты от перенапряжения СЗиС «ПАУК» построена по координационной схеме трехступенчатой защиты, в которой алгоритм работы ступени верхнего уровня находится в строгом соответствии с координирующим алгоритмом работы ступени нижнего уровня.

1. Алгоритм работы первой ступени защиты от перенапряжения:

При достижении фронтом импульса перенапряжения уровня в 170 В (при крутизне фронта v=100 В/мкс), или в 220 В (при крутизне фронта v=1000 В/мкс), триггер «Шмидта» переводит первую ступень защиты в рабочее состояние в течении 25 нс.

При этом :
Первая ступень защиты переходит из режима «Байпас» в режим защиты с рабочим током разряда до 450 А;
Включается фильтр подавления импульсных помех t ≥ 1,2 мкс;
Включается полосовой фильтр с частотами среза 8 кГц , 1000 кГц;
Первая ступень защиты формирует и передает во вторую ступень защиты команду ускорения срабатывания второй ступени защиты. Длительность этой команды не более 1,2 мкс.
При длительности воздействия импульса перенапряжения более 1,2 мкс ВЧ терминал отключается от согласующего трансформатора СЗиС.

2. Алгоритм работы второй ступени защиты от перенапряжения:

В течении 50 нс с момента получения команды ускорения срабатывания второй ступени защиты, разрядник второй ступени защиты переходит в режим горения, минуя режим тления, с рабочим током разряда до 1000 А. В этот момент уровень фронта импульса перенапряжения на входе СЗиС составит 175 В (при крутизне фронта v=100 В/мкс), или 270 В (при крутизне фронта v=1000 В/мкс),
При этом :
Вторая ступень защиты формирует и передает команду ускорения срабатывания третьей ступени защиты.
Амплитуда импульса перенапряжения на выходе 2 ступени защиты падает
с 175 В (при крутизне фронта v=100 В/мкс), или с 270 В (при крутизне фронта v=1000 В/мкс) до 30 В.

3. Алгоритм работы третьей ступени защиты от перенапряжения:

Через 230 нс (при крутизне фронта v=1000 В/мкс), или через 50 нс (при крутизне фронта v=100 В/мкс) с момента получения команды ускорения срабатывания третьей ступени защиты, последняя переходит в режим защиты с рабочим током разряда до 10000 А. При этом уровень перенапряжения на выходе третьей ступени защиты составит 50 В.

4. Алгоритм восстановления рабочего режима системы защиты СЗиС «ПАУК»

При импульсе перенапряжения 2/10 мкс, 1/50 мкс, 8/20 мкс, 8/80 мкс:
При достижении спадом импульса перенапряжения уровня в 50 В, третья ступень защиты переходит в состояние готовности рабочего режима.
При достижении спадом импульса перенапряжения уровня в 30 В, вторая ступень защиты переходит в состояние готовности рабочего режима.
При достижении спадом импульса перенапряжения уровня в 10 В, первая ступень защиты переходит в состояние готовности рабочего режима. При этом СЗиС переходит в штатный режим работы.

При импульсе перенапряжения 10/350 мкс, 10/750 мкс:

• Через 100 мкс с момента перехода первой ступени в режим защиты, последняя переходит в режим ожидания завершения работы второй и третьей ступеней защиты.
• При достижении спадом импульса перенапряжения уровня в 50 В, третья ступень защиты переходит в состояние рабочего режима.
• При достижении спадом импульса перенапряжения уровня в 30 В, вторая ступень защиты переходит в состояние рабочего режима. При этом СЗиС переходит в штатный режим работы.

Логика контроля TX PLC и ALARM LINE

Система контроля наличия передачи TX ВЧ терминала и работоспособности оборудования ВЧ присоединения к ВЛ построена на анализе информации трансформаторов тока и напряжения.

• Свечением зеленого светодиода TX PLC система контроля информирует о наличии в тракте передачи сигнала с уровнем более 18 дБм.
• Свечением зеленого светодиода ALARM LINE система контроля информирует о целостности тракта ВЧ присоединения к ВЛ и его входном сопротивлении в пределах 25—350 Ом.
• Свечением красного светодиода ALARM LINE система контроля информирует о неисправности (обрыве) тракта ВЧ присоединения к ВЛ.

Опционально

• Свечением зеленого светодиода TX PLC система контроля информирует о наличии в тракте передачи сигнала с уровнем более 18 дБм.
• Свечением красного светодиода ALARM LINE система контроля информирует о критическом значении сопротивления ВЧ тракта ВЛ – менее 20 Ом.
• Свечением оранжевого светодиода ALARM LINE система контроля информирует о малом, но не критическом значении сопротивления ВЧ тракта ВЛ — (20—60) Ом.
• Свечением зеленого светодиода ALARM LINE система контроля информирует
  о оптимальном значении сопротивления ВЧ тракта ВЛ — (60­—85) Ом.
  Свечением желтого светодиода ALARM LINE система контроля информирует о большом, но не критическом значении сопротивления ВЧ тракта ВЛ — (85—300) Ом.
• Свечением белого светодиода ALARM LINE система контроля информирует
  о критическом значении сопротивлении ВЧ тракта ВЛ – более 300 Ом.
• Электропитание системы логики и контроля осуществляется путем отбора мощности от ВЧ тракта ВЛ, ВЧ терминалов, работающих на ВЧ трактах ВЛ и мощности импульсных помех диапазона частот 8—1000 кГц.

Защита от выноса потенциала высокого напряжения

При воздействии на линейный вход СЗиС «ПАУК» потенциала высокого напряжения, последняя переходит в режим защиты от перенапряжения.
При воздействии на линейный вход СЗиС «ПАУК» потенциала высокого напряжения более 6 секунд СЗиС отключается от ВЧ тракта ВЛ, до устранения причины воздействия потенциала высокого напряжения.
При устранении воздействия на линейный вход СЗиС «ПАУК» потенциала высокого напряжения, последний автоматически в течении 5 минут, переходит в рабочий режим.
Для ускорения выхода на рабочий режим необходимо воспользоваться кнопкой RESET.
Потенциал высокого напряжения, воздействующий на экран радиочастотного кабеля, соединяющего ВЧ обработку ВЛ с СЗиС «ПАУК», замыкается на шину заземления через контакт заземления третьей ступени защиты.

Фильтр верхних частот

Фильтр верхних частот исключает влияние на работу ВЧ терминалов спектра частот выше 1000 кГц с коэффициентом подавления до 36 дБ.

Руководство по монтажу СЗиС

1. Монтаж СЗиС выполняется в шкафу на DIN-рейке в непосредственной близости с шиной заземления шкафа;
2. Подключение к СЗиС «ПАУК» к третьей ступени защиты от перенапряжения и к терминалам ВЧ связи, РЗА и ПА выполняется штатными кабелями заводского исполнения, входящими в комплект поставки СЗиС;
3. Монтаж разрядника третьей ступени защиты выполняется в шкафу в непосредственной близости с шиной заземления шкафа;
4. Заземление СЗиС «ПАУК» выполняется медным многожильным проводом сечением 4 мм2.
5. Заземление разрядника третьей ступени защиты выполняется к шкафной шине заземления медным многожильным проводом сечением не менее 16 мм2 , или непосредственно к контуру заземления объекта;
7. При подключении нескольких терминалов ВЧ связи, РЗА и ПА к одному ВЧ тракту ВЛ, необходимо применение штатных разветвительных разъемов входящих в комплект поставки СЗиС.

Рисунок 3. Демонстрация согласованного подключения 4-х терминалов ВЧ каналов связи РЗ и ПА к одному ВЧ тракту.