Высокочастотные (ВЧ) устройства обработки и присоединения играют ключевую роль в организации каналов связи по высоковольтным линиям электропередачи. В этой статье мы подробно рассмотрим структурные схемы ВЧ-трактов, особенности конструкции корпусов ВЧ-оборудования, а также принципы построения фильтров присоединения и заградителей.

Назначение ВЧ-заградителей и устройств присоединения

ВЧ-заградитель — это устройство, которое устанавливается на линии электропередачи и препятствует уходу высокочастотного сигнала за пределы защищаемого участка. Вместе с фильтром присоединения и конденсатором связи он образует тракт передачи ВЧ-сигнала по схеме «фаза — земля».

Основные задачи ВЧ-оборудования:

• организация каналов телемеханики и релейной защиты;
• передача сигналов диспетчерского управления;
• согласование волнового сопротивления ВЧ-кабеля с характеристическим сопротивлением линейного тракта;
• защита аппаратуры связи от промышленного напряжения 50 Гц.

Структурная схема устройств обработки и присоединения

Типовая структурная схема ВЧ-канала по схеме «фаза — земля» включает следующие элементы:

1. Конденсатор связи (КС) — обеспечивает гальваническую развязку ВЧ-аппаратуры от высокого напряжения линии и пропускает высокочастотный сигнал;
2. Фильтр присоединения (ФП) — совместно с конденсатором связи образует полосовой высокочастотный фильтр. Именно он обеспечивает согласование волнового сопротивления ВЧ-кабеля с характеристическим сопротивлением линейного тракта.
3. ВЧ-кабель — в настоящее время, как правило, используются отдельные типы коаксиальных радиочастотных кабелей, обеспечивающих минимальное затухание сигнала.
4. ВЧ-заградитель — параллельный колебательный контур, настроенный на рабочую полосу частот канала.
5. Аппаратура связи, полукомплекты ВЧ-постов, расположенные в релейных помещениях подстанций.

Упрощённая логика схемы

Линия электропередачи → конденсатор связи → фильтр присоединения → ВЧ-кабель → аппаратура связи. Параллельно на линии устанавливается заградитель, ограничивающий распространение сигнала.

Корпуса ВЧ-устройств: конструктивные особенности

Корпус ВЧ-устройства — это не просто защитная оболочка. От его конструкции зависят электрические характеристики, теплоотвод и помехозащищённость устройства.

Основные требования к корпусам

• Экранирование. Корпус выполняется из металла (алюминий, сталь с покрытием) и служит экраном от внешних электромагнитных полей.
• Герметичность. Устройства наружной установки (заградители, фильтры присоединения) должны иметь влагозащищённое исполнение.
• ВЧ-разъёмы. Входной и выходной коаксиальные разъёмы монтируются непосредственно на корпусе, обеспечивая надёжный контакт оплётки кабеля с «землёй».
• Теплоотвод. Для силовых элементов (например, резисторов аттенюаторов) корпус выполняет функцию радиатора.

Пример конструкции: компенсированный аттенюатор

Типичный ВЧ-аттенюатор включает входной и выходной ВЧ-разъёмы, металлический корпус с верхней крышкой, диэлектрическую плату из ВЧ-диэлектрика, металлизированную с обратной стороны, сигнальный проводник микрополосковой линии и проходной плёночный резистор П-образной схемы. Основание корпуса одновременно служит общим проводом и теплоотводом.

Корпуса интегральных схем в ВЧ-аппаратуре

В современной ВЧ-аппаратуре применяются микросхемы в специализированных корпусах. Например, корпус может содержать основание с матрицей столбиковых выводов и глухое ступенчатое отверстие, в котором на монтажной площадке устанавливается кристалл интегральной схемы. Герметизация выполняется пайкой высокотемпературным припоем при температуре порядка 750–850 °C. Корпус защищает чип, обеспечивает электрические соединения и помогает управлять тепловым режимом.

Схемотехника ВЧ-трактов

Фильтры

Фильтр присоединения — это, по сути, полосовой фильтр, согласующий сопротивления. Ошибочно считать, что фильтр — это просто схема, разделяющая сигнал на частотные полосы: на практике требуется точный расчёт добротности контуров, вносимого затухания и полосы пропускания.

Задающие ВЧ-генераторы

Задающие генераторы высокой частоты чаще всего собираются на основе простейших LC-контуров или кварцевых резонаторов, относящихся к зависящим от частоты элементам. В передающих устройствах применяются транзисторные схемы с высокой стабильностью частоты.

ВЧ-усилители

В приёмо-передающих трактах используются усилители, управляемые напряжением: изменение сопротивления в эмиттерной цепи по ВЧ позволяет регулировать коэффициент усиления без перестройки контуров.

Практические рекомендации по монтажу

• ВЧ-кабель прокладывайте кратчайшим путём, избегая резких изгибов (радиус изгиба — не менее 10 диаметров кабеля).
• Заземление корпуса фильтра присоединения выполняйте короткой шиной на контур заземления подстанции.
• Разъёмы после монтажа защищайте герметизирующими муфтами.
• Периодически измеряйте затухание тракта и сопротивление изоляции.

Где получить консультацию

По вопросам проектирования ВЧ-каналов и подбора оборудования можно обратиться в профильные организации:

• Институт энергетики и связи, г. М, ул. Лен, д. 1, тел.: +7 () —;
• НПП «Энергосвязь», г. Са*-Петербург, пр. Обуховской Обор, д. 1, тел.: +7 (*) —;
• Техническая поддержка производителей заградителей: e-mail: info@**.ru.

ВЧ-заградители, фильтры присоединения и их корпуса — это единый инженерный комплекс, где схемотехника тесно связана с конструктивным исполнением. Правильный выбор схемы присоединения, качественный коаксиальный кабель, грамотно спроектированный экранирующий корпус и корректный монтаж обеспечивают надёжную работу каналов связи по линиям электропередачи на десятилетия.