СЕТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК H04B3/54 H02J3/00 

Изобретение относится к области связи и энергоснабжения посредством электросетей при передаче электроэнергии на большие расстояния, в частности через подземные сети напряжением выше напряжения бытовой сети.

В большинстве развитых стран электроэнергию поставляют, главным образом, компании, производящие и распределяющие ее.

Существующие в настоящее время распределительные сети обычно состоят из большого количества низковольтных сетей (часто называемых магистральными), к которым подключены бытовые потребители и небольшие предприятия, причем низковольтные сети получают питание от высоковольтных распределительных сетей или систем (часто называемых энергосистемами). Низковольтные (потребительские) сети могут иметь, например, напряжение 230 В (или 440 В в 3-фазных сетях).

Обычно в распределительных сетях используют более одного напряжения. При передаче электроэнергии на большие расстояния используют напряжения, например 132 кВ или 275 кВ, так называемые высокие напряжения. Эти высокие напряжения понижают (возможно, в две или более ступеней) трансформаторами на трансформаторных (распределительных) станциях (первичными или высоковольтными) до напряжений, например 11 кВ или 33 кВ (промежуточные напряжения). Эти напряжения в свою очередь понижают трансформаторами на распределительных подстанциях до напряжений, используемых потребителями.

Существуют системы связи в пределах дома (обычно для присмотра за ребенком), для выхода в телефонную сеть, или для межкомпьютерной связи. Известно также использование магистральных сетей для приема-передачи сигналов с целью дистанционного считывания показаний измерительных устройств (в первую очередь электрических счетчиков, хотя газовые и другие счетчики предпочтительно через электрические счетчики, также могут быть подсоединены к магистрали с этой же целью).

В настоящее время фактически существует международный стандарт для подобной передачи сигналов, предусматривающий для этого общий диапазон частот 3-150 кГц. Указанный стандарт устанавливает, использование частоты в диапазоне 3-148,5 кГц для приема-передачи сигналов через низковольтные электрические установки. Этот диапазон разделен на несколько более узких полос, имеющих различные назначения с соответствующими разрешениями; например, полоса 9-95 кГц зарезервирована для поставщиков электроэнергии и их лицензиатов [1].

Обмен сигналами обычно происходит между пользователями и поэтому производится в пределах низковольтной части сети. Однако, как уже отмечалось, распределительные сети имеют высоковольтные уровни, соединенные силовыми трансформаторами. Трансформаторы между промежуточным и низким (потребительским) уровнями напряжения обычно устанавливают в необслуживаемых пунктах, не имеющих доступа к имеющимся таким, как телефонные, коммуникационным системам. Поэтому часто бывает желательно передавать сигналы между низковольтной и промежуточной частями сети и по промежуточной части сети.

Частотные сигналы плохо проходят через силовые трансформаторы. Для приема-передачи ССЭ-сигналов между низковольтной и промежуточной частями сети необходимы устройства приема-передачи сигналов в обход трансформаторов. Это обычно включает прием и ретрансляцию сигналов и их обработку с целью подавления шумов. Для этого необходимо использовать различные частоты на разных сторонах трансформатора, чтобы исключить влияние сигналов, проходящих через трансформатор.

Прием и передача сигналов в низковольтных сетях представляют сравнительно простую задачу. Приемные и передающие устройства присоединяют к проводящим частям сети непосредственно.

Промежуточные сети, однако, создают некоторые трудности как электрического, так и механического характера. Сети промежуточного напряжения требуют механически прочной изоляции, что исключает возможность прямого подсоединения к ним. Кроме того, хрупкое и чувствительное электронное оборудование невозможно прямо подключать к напряжению промежуточных сетей; так, например, 11 кВ является чрезвычайно высоким напряжением для большинства электронных устройств.

Распределительные сети выполняют наземного, подземного и комбинированного типа. Высоковольтные части сети обычно размещают над землей на открытых пространствах, ибо из-за большой протяженности их подземная прокладка слишком дорога. Во многих странах низковольтные части сетей размещают под землей, ибо они находятся в густонаселенных районах и их надземное размещение создало бы множество неудобств и потенциальную опасность. Части сетей с промежуточным напряжением могут быть как над, так и под землей, причем в городских и пригородных районах их, подобно низковольтным частям, размещают под землей, так называемые подземные сети промежуточного напряжения. (Термин "подземный" относится, прежде всего к кабелям; трансформаторные станции и подстанции обычно размещают на поверхности).

Недостатком описанных выше сетей является ограниченная область их использования, сложность обслуживания, ограниченность диапазона передачи сигналов в пределах низковольтной части сети, необходимость дополнительных технических средств для приема, ретрансляции сигналов и их обработки с целью подавления шумов и т. д. Существующие сети дорогостоящи и сложны в монтаже и эксплуатации.

Описанное ниже изобретение позволит устранить недостатки существующих сетей электроснабжения, а именно позволит расширить область применения и диапазон передачи сигналов, а также упростить монтаж и эксплуатацию сетей.

Ожидаемый технический эффект достигается тем, что в сети электроснабжения, содержащей ряд распределительных и/или трансформаторных станций, связанных кабелями, каждый из которых содержит по меньшей мере одну внутреннюю жилу и наружную оболочку, присоединенную к корпусам оборудования станций, и систему связи, содержащую ряд преобразователей, связанных с кабелями станций, каждый из преобразователей соответствующего кабеля размещен на конце, удаленном от места присоединения оболочки к корпусу станции, для обеспечения связи преобразователя как с оболочкой, так и с внутренней(ими) жилой(ами) кабеля, а также тем, что по меньшей мере одно кабельное подсоединение содержит уплотнитель, посредством которого кабельная оболочка соединена с корпусом станции, и тем, что по меньшей мере одно кабельное подсоединение снабжено заземляющей шиной, соединяющей оболочку с корпусом станции, а преобразователь смонтирован с возможностью охвата кабеля в месте наличия оболочки, причем кабельное подсоединение имеет доступ к жиле на некоторой длине, и еще тем, что по меньшей мере в одном кабельном подсоединении преобразователь смонтирован с возможностью охвата кабеля в месте доступа к жиле, причем заземляющая шина проходит сквозь преобразователь, и тем, что преобразователь имеет магнитный сердечник, состоящий из отдельных секций, и тем, что секции магнитного сердечника выполнены со стыкующимися между собой поверхностями, имеющими сложную конфигурацию, и тем, что две секции магнитного сердечника имеют скошенные поверхности для обеспечения возможности стыковки со скольжением, и тем, что преобразователь имеет отдельные управляющую и сенсорную обмотки, и тем, что по меньшей мере одна из обмоток управляющая или сенсорная образует часть настроенного контура, и тем, что настроенный контур является подстраиваемым, а также тем, что преобразователь имеет отдельную контрольную обмотку.

Указанные выше конструктивные нововведения обеспечат легкость использования изобретения в действующих сетях промежуточного напряжения.

Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображена схема распределительной сети промежуточного напряжения;
на фиг. 2 - схема подстанции сети, показанной на фиг. 1;
на фиг. 3 - более подробная схема преобразователя;
на фиг. 4 - преобразователь в аксонометрической проекции;
на фиг. 5, 6, 7 и 8 - возможные разновидности конструкции магнитного сердечника преобразователя,
на фиг.9 - упрощенная блок-схема узла приема-передачи сигналов.

В данном изобретении предпочтительно, чтобы преобразователь имел расщепленный магнитный сердечник, который можно поместить так, чтобы он охватывал кабель (с оболочкой), и затем замкнуть и получить петлю с низким магнитным сопротивлением. Таким образом, установка может быть легко произведена на подстанции на действующем кабеле в легко доступном месте вблизи трансформатора или выключателя без каких-либо дальнейших изменений на стороне промежуточного напряжения подстанции. На низковольтной стороне также необходимо сделать некоторые изменения, а именно - для обеспечения питания узла приема-передачи сообщений подсоединить его к низковольтному кабелю, что сравнительно легко выполнимо.

Следовательно, кабельная оболочка воспрепятствует поступлению сигналов в кабельную жилу; сигналы будут индуцированы в оболочке. Однако, как уже отмечалось, оболочка может быть заземлена во многих местах или даже на значительной части ее длины.

Следовательно, любые индуцированные в ней сигналы будут, рассеяны. Таким образом, передача сигналов через оболочку маловероятна. Следовательно, ради эффективности приема-передачи сигналы должны индуцироваться в кабельной жиле. Это означает, что экранирующее действие кабельной оболочки должно быть каким-либо образом устранено. Для этого кабельная оболочка в месте присоединения должна быть изолирована от корпуса трансформатора.

С существующими уплотнителями добиться этого можно лишь изменением конструкции уплотнителя так, чтобы стало возможным вставить в него изолирующий воротник.

Кабельная оболочка должна быть обрезана внутри уплотнителя, а заземляющая шина должна быть присоединена к изолированному концу оболочки, протянута обратно вдоль кабеля и подведена к трансформатору вне уплотнителя для подсоединения оболочки к корпусу трансформатора.

Теперь преобразователь может быть установлен вокруг кабеля возле уплотнителя так, чтобы заземляющая шина, проложенная вдоль кабеля, проходила сквозь преобразователь. Этим устраняется связь между магнитным сердечником и оболочкой кабеля, ибо оболочка оказывается последовательно соединенной с заземляющей шиной, проходящей внутри сердечника в противоположном направлении. Сигнал индуцирует равные напряжения в кабельной оболочке и заземляющей шине. Эти напряжения действуют встречно и взаимно нейтрализуются. Таким образом, магнитный сердечник сможет индуцировать сигнал в жиле кабеля, и этот сигнал пройдет по кабелю к другой подстанции сети промежуточного напряжения. Предусмотрев аналогичные изменения на других подстанциях и на высоковольтных станциях, можно обеспечить прохождение по кабельной жиле и прием сигналов без экранирования их оболочкой от преобразователя.

Если при монтаже новой подстанции делают новое соединение или существующее соединение по какой-либо причине переделывают, то модифицировать обычный уплотнитель (или установить модифицированный уплотнитель) несложно. Но очень трудно, если вообще возможно, установить преобразователь на действующей подстанции с кабелем, подсоединенным через нормальный уплотнитель.

Оболочка образует с внутренней жилой линию связи сравнительно высокого качества, в результате чего происходит уравнивание сигнала между оболочкой и внутренней жилой, так что на значительном протяжении кабеля в его внутреннюю жилу поступает сигнал с амплитудой, сравнимой с амплитудой в оболочке.

Так сигнал поступает на внутреннюю жилу, образующую достаточно высококачественную линию связи, простирающуюся по всей длине кабеля до соседней подстанции. (Одним из явлений, обуславливающих передачу сигнала от оболочки во внутреннюю жилу, является возникновение продольной разности потенциалов, которая создается протекающим по оболочке током и которая затем проникает во внутреннюю жилу по емкостной связи, чем и создается продольный ток в этой жиле).

Если оболочка хорошо заземлена (на частоте сигнала) в промежуточной точке кабеля (т. е. вблизи промежуточной подстанции), то сигнал в оболочке упадет в этой точке до низкого уровня. За этой точкой связь между оболочкой и внутренней жилой будет оказывать обратное действие, перенося заметную часть сигнала с внутренней жилы на оболочку, а если оболочка заземлена также в точке, расположенной дальше, то это приведет к дальнейшей потере уровня сигнала. Но, хотя уравнивание сигналов в такой ситуации вызывает затухание, это затухание не слишком велико.

Следует добавить, что хотя оболочка действительно экранирует внутреннюю жилу, это экранирование неполно, и потому во внутренней жиле на передающей стороне возникает значительный сигнал.

Таким образом, внутренняя жила получает достаточно сильный сигнал при достаточно малом затухании, благодаря чему возможна вполне надежная передача сигналов практически во всех сетях промежуточного напряжения.

Если кабель имеет несколько внутренних жил, то сигнал, конечно, будет распределен между ними. Однако они лежат в кабеле достаточно плотно, так что любой разбаланс сигнала между жилами исчезнет после сравнительно короткого пути по кабелю.

Разумеется, в магистральных сетях протекают большие токи (обычно частотой 50 или 60 Гц), и существует опасность насыщения сердечника преобразователя создаваемым ими магнитным потоком.

В 3-фазных системах фазы приблизительно сбалансированы, так что результирующий ток трех фаз должен быть мал. Кроме того, трансформаторы часто соединяют треугольником, а не звездой, так что результирующий ток трех фаз будет равен нулю даже в несбалансированных системах. Преобразователь охватывает кабель; поэтому если одиночный кабель имеет три жилы для трех фаз, то результирующий ток магистрали сквозь преобразователь будет малым или нулевым.

Если сеть однофазна или имеет однофазный участок, то кабель будет иметь только одну жилу. Этот фазовый ток, конечно, должен иметь возвратный путь. Им обычно является возвратная нейтраль, главным элементом которой часто служит оболочка кабеля. В этом случае результирующий ток магистрали сквозь охватывающий кабель преобразователь будет зависеть от величины той части возвратного тока по нейтрали, которая протекает по оболочке (а, следовательно, сквозь преобразователь навстречу фазовому току) и от величины протекающего по другим заземленным проводникам тока.

В предлагаемой системе преобразователь размещают в таком месте, чтобы он наряду с кабелем охватывал его оболочку. Тогда при описанных выше условиях маловероятно, чтобы его сердечник был насыщен магистральными токами. Однако при определенных условиях в рассматриваемой системе возможен разбаланс магистральных токов, протекающих сквозь преобразователь. (Это может случиться в некоторых однофазных и в неисправных 3-фазных системах). Для уменьшения этой опасности целесообразно в сердечнике предусмотреть подходящий (около 200 мкм) воздушный зазор.

В существующих системах ток оболочки не влияет на преобразователь и, следовательно, он воспринимает только результирующий ток. Поэтому опасность насыщения сердечника преобразователя кабеля результирующим током мала или равна нулю. Но если кабель одножильный или если преобразователь на подстанции установлен вокруг одиночной фазовой жилы без оболочки, то сквозь преобразователь будут протекать большие магистральные токи.

Следовательно, может оказаться желательным использовать предлагаемую систему даже на подстанциях, где на концах кабеля имеются доступные участки жил, чтобы свести к минимуму возможность насыщения сердечника преобразователя такими токами в случае неисправности. Если предпочтительной окажется установка преобразователей вокруг таких доступных участков внутренних жил кабеля, то их следует помещать вблизи места выхода жил из кабеля так, чтобы они охватывали все три жилы (предполагается 3-х фазная система) и результирующие магистральные токи были сведены к минимуму; кроме того, заземляющая шина должна быть проведена сквозь преобразователь по причинам, связанным с обнаружением неисправностей.

Далее на примере будет описана распределительная сеть промежуточного напряжения, воплощающая различные аспекты изобретения, со ссылками на чертежи.

На фиг. 1 схематично показана распределительная сеть промежуточного напряжения. Высоковольтная станция 1 трансформирует высокое напряжение в промежуточное. Две цепи подстанций 2, 3 и 4, 5 трансформируют промежуточное напряжение в низкое, а дополнительная подстанция 6 соединена ветвью 7 со второй цепью. Удаленные от высоковольтной станции 1 концы двух цепей подстанций соединены связью 8, каждая из подстанций цепей подсоединена через пару автоматических выключателей по одному на каждой стороне подстанции; подстанция 6 подсоединена к своей цепи одним автоматическим выключателем.

На фиг. 2 схематично показана типичная подстанция. Она имеет корпус 9, содержащий секцию выключателей 10, и корпус трансформатора 11 с присоединенной к нему закопанной в землю решеткой 12. Два подземных кабеля и промежуточного напряжения 13 и 14 выведены из-под земли к секции выключателей 10, подземный низковольтный кабель 15 также выведен из-под земли к низковольтной соединительной коробке 16, установленной на трансформаторной секции 11, как показано.

Каждый из кабелей 13 и 14 промежуточного напряжения имеет защищающую его, играющую роль обратной нейтрали/земли, и соединенную (механически и электрически) с секцией выключателей корпуса 10 оболочку.

Подстанция также имеет систему приема-передачи сообщений, состоящую из пары преобразователей 17 и 18, соединенных с узлом приема-передачи сигналов 19. Преобразователи 17 и 18 установлены вокруг кабелей промежуточного напряжения 13 и 14 соответственно в местах между корпусом 10 выключателей и полом, узел приема-передачи сигналов 19 подсоединен также к низковольтной соединительной коробке 16. Узел приема-передачи сигналов 19 получает питание от низковольтной соединительной коробки 16 и через нее подсоединен к низковольтному кабелю 15 для приема и передачи сигналов по нему. Узел 19 также принимает и передает сигналы по кабелям 13 и 14 промежуточного напряжения, будучи соединен с ними через преобразователи 17 и 18.

В данном случае предпочтительный поддиапазон частот посылаемых по сети промежуточного напряжения сообщений лежит в верхней части диапазона CENELEC, т.е. примерно 50-150 кГц.

Разумеется, что каждая из показанных на фиг. 1 подстанций 2, 4 и высоковольтная станция 1 также имеют системы приема-передачи сообщений, образующие в совокупности систему связи. (По своим особенностям высоковольтная система приема-передачи сообщений, конечно, отличается от таких систем на подстанциях).

На фиг. 3 схематично показан преобразователь 20. Магнитный сердечник образован двумя секциями 21 и 22, причем на секции 21 находятся управляющая обмотка 23, сенсорная обмотка 24 и контрольная обмотка 25. Управляющая обмотка 23 имеет параллельно подсоединенный конденсатор 26, используемый для подстройки, и отводы, позволяющие изменять настройку (конечно, можно применить другие методы изменения подстройки, например, ступенчатое изменение емкости 26). Сенсорную обмотку 24 подстраивают аналогичным образом. Секция 21 имеет также идентифицирующий элемент 27, где закодирован идентификационный номер, который может быть прочитан узлом приема-передачи сигналов. Магнитный сердечник изготовлен из материала, обеспечивающего хорошие характеристики передачи в диапазоне частот сигнала при ожидаемом диапазоне температур и не подверженного заметному влиянию тока магистрали частотой 50 Гц в кабеле; обычно используют ферриты, но при желании, конечно, можно использовать ламинированный металл.

На фиг. 4 преобразователь представлен в аксонометрической проекции. Секция 21 кабелем 28 соединена со схемной коробкой 29, содержащей показанную на фиг. 3 схему, и с узлом приема-передачи 19 сигналов. Схемная коробка 29 скреплена петлей 30 с секцией 22, а секции 21 и 22 могут быть раздвинуты на петле, помещены вокруг кабеля промежуточного напряжения и затем сдвинуты. Фиксатор 31, например защелка, предназначено для удержания секций 21 и 22 в положении "сдвинуто".

Для получения хорошего магнитного контакта между стыкующимися поверхностями секций сердечника могут быть использованы различные способы. Как показано на фиг. 5, сердечник может быть собран из нескольких концентрических элементов, некоторые из которых (32, 33) имеют плоские стыкующиеся поверхности, а другие (34) скошенные, чем обеспечивается правильная стыковка. Как показано на фиг. 6 и 7, соприкасающиеся поверхности могут иметь стыковку со скольжением, которое одновременно препятствует загрязнению при сборке и создает большую площадь сечения в воздушном зазоре, уменьшая этим магнитное сопротивление. Можно использовать также ламинированный сердечник, изготовленный из нескольких слоев, как показано на фиг. 8.

На фиг. 9 показана упрощенная блок-схема узла приема-передачи сигналов 19. Логический блок 35 непосредственно соединен с идентифицирующим элементом 27 и с модемом 36, соединенным с управляющей обмоткой 23 и сенсорной обмоткой 24. Этот модем преобразует сигналы от логического блока 35 в соответствующие модулированные сигналы в диапазоне частот связи и обратно. Логический блок 35 также соединен с модемом 37, соединенным с низковольтным кабелем в низковольтной соединительной коробке 16. Логический блок может также формировать и получать информацию, относящуюся к самой подстанции. Таким образом, узел приема-передачи сигналов 19 может передавать, принимать и формировать информацию.

Узел приема-передачи 19 сигналов имеет также блок питания 38, питаемый низким напряжением и имеющий необходимые накопители, т.е. конденсатор или аккумулятор (не показаны). Благодаря им узел 19 может функционировать в течение короткого времени после исчезновения напряжения на подстанции.

Узел приема-передачи сигналов 19 содержит также узел 39 контроля индуктивности, соединенный с контрольной обмоткой 25 преобразователя и предназначенный для наблюдения за индуктивностью преобразователя. Этот узел 39 управляет триггером или компаратором 40, преобразующим величину индуктивности в цифровую форму и определяющим момент, когда индуктивность падает ниже уровня, соответствующего почти полному насыщению. Узел 40, определяющий этот уровень, подает цифровое значение индуктивности в логический блок 35, а сигнал о насыщении - в узел задержки 41, от которого сигнал поступает в логический узел 35.

Когда в кабеле промежуточного напряжения возникает аварийный магистральный ток, понижающий индуктивность сердечника преобразователя, логический узел 35 по сигналу от узла 40 обнаруживает это изменение и прерывает нормальную работу, чтобы послать сообщение о факте аварии и величине аварийного тока (т. е. результирующего тока магистрали, величина которого может быть вычислена по индуктивности сердечника преобразователя, как это уже отмечалось).

Если аварийный ток слишком велик, сердечник преобразователя будет слишком близок к насыщению, что сделает невозможным передачу сообщений. В этом случае сработает узел 41 задержки. Логический блок 35 ответит на задержанный сигнал от узла 41 посылкой аварийного сообщения после задержки, достаточной для обесточивания сети промежуточного напряжения путем размыкания автоматических выключателей на первичной станции и выхода сердечника из состояния насыщения. Как уже отмечалось, отсутствие промежуточного напряжения в сети не влияет на передачу сообщений.

Особенностью изобретения является преобразователь 20, расщепленный на две части, включающий магнитный сердечник, который состоит из двух секций 21 и 22 и может быть помещен вокруг кабеля промежуточного напряжения и замкнут (предпочтительно с помощью болтов или винтов). Эти части могут быть совершенно раздельными или связаны петлями. Предпочтительно, чтобы одна из частей представляла голый магнитный сердечник, другая же имела обмотки 23 и 24 для связи с узлом приема-передачи сообщений 19. Соприкасающимся поверхностям частей сердечника могут быть приданы взаимно стыкующиеся формы для обеспечения правильной сборки. Для уменьшения воздушного зазора стыкующиеся поверхности могут иметь скользящие скошенные взаимно перекрывающиеся участки.

До сих пор предполагалось, что сердечник имеет одну обмотку, используемую как для передачи, так и для приема. Может быть предпочтительным использование отдельных обмоток для передачи и приема с различными количествами витков. Если приемная обмотка 23 имеет больше витков, чем передающая 24, это обеспечивает дополнительное усиление. Однако при передаче существует тенденция к насыщению приемных цепей, связанных с тем же магнитным сердечником, и такое усиление лишь осложняет ситуацию.

Может оказаться желательным иметь на магнитном сердечнике контрольную обмотку 25 (а возможно, несколько таких обмоток). Каждая из них может быть использована для различных целей.

Во-первых, ее можно использовать для контроля индуктивности или магнитного сопротивления (магнитной петли) сердечника и, таким образом, определить, правильно ли он собран. Для нормальной работы обе части сердечника должны быть собраны с минимальным зазором. Если сердечник собран небрежно, или загрязнен, или имеет трещины вследствие грубого обращения, или в нем появились механические напряжения или грязь в процессе сборки, его магнитное сопротивления может оказаться высоким. Тогда передающая 24 и приемная 23 обмотки не будут удовлетворительно связаны с кабелем. Высокое магнитное сопротивление сердечника приведет к значительному уменьшению индуктивности по сравнению с нормой, и с помощью контрольной 25 обмотки это можно будет обнаружить.

Во-вторых, хотя обычно коэффициент передачи (Q-фактор) связи передающей и приемной обмоток с конкретным кабелем низок, тем не менее, может оказаться желательным "подстроить" эти связи. Это можно сделать (предпочтительно автоматически) либо варьируя емкости, включенные параллельно обмоткам, либо снабжая обмотки отводами и производя подстройку выбором отвода. С помощью контрольной обмотки можно контролировать параметры кабеля и таким образом обеспечить правильный выбор емкости конденсатора или отвода обмотки (во время начальной установки либо периодически на регулярной основе).

В-третьих, контрольную обмотку 25 можно использовать для измерения результирующего магистрального тока в кабеле. Это делают для наблюдения за аварийными токами в сетях промежуточного напряжения, как это описано в следующем разделе. Это можно сделать, измеряя индуктивность сердечника. Если результирующий магистральный ток достаточно велик, чтобы привести сердечник в состояние, близкое к насыщению, его индуктивность уменьшится; таким образом, большие результирующие магистральные токи будут модулировать индуктивность сердечника с частотой, равной удвоенной частоте магистрали, а амплитуда модуляции будет зависеть от величины результирующего магистрального тока.

Если магнитный сердечник имеет более одной обмотки, то предпочтительно размещать их все на одной части сердечника (т.е. на одной и той же части преобразователя). Предпочтительно предусмотреть для этой части сердечника цепь идентификации, содержащую постоянный идентификационный номер (например, в виде кодирующей микросхемы), так что узлу приема-передачи сообщений 19 будет известно о том, что преобразователь определенного типа соединен с одним из его портов.

В распределительных сетях промежуточного напряжения случаются аварии, наиболее частым видом которых является короткое замыкание в какой-либо точке. В результате появляется аварийный ток, превосходящий нормальный ток нагрузки на два и более порядков, например 5 кА в сравнении с 50 А. Первичная высоковольтная станция 1 обычно оборудована автоматическими выключателями, которые размыкаются при таких авариях. (Автоматические выключатели могут опять замкнуться автоматически, но, очевидно, немедленно разомкнутся вновь, если нарушение работы не связано с переходным процессом).

Очевидно желательно найти место повреждения быстро и точно. Ныне для этого техник по очереди посещает и проверяет каждую подстанцию, размыкая и замыкая выключатели и определяя таким образом длину цепи подстанций, которые можно вновь подключить к высоковольтной станции, не вызывая повторения аварии.

Хорошо, если место неисправности находится на единственной подстанции, либо между двумя смежными подстанциями.

В рассматриваемой системе контрольная обмотка 25 преобразователя может быть использована для контроля величины результирующего тока магистрали, протекающего сквозь преобразователь, Это значение может передаваться в определенный пункт сети (обычно на первичную станцию) либо периодически, либо при его резких изменениях, либо при превышении некоторого заданного порогового значения. Эта информация может быть использована для поиска места неисправности.

Существуют различные типы неисправностей, но наиболее типично короткое замыкание между фазовой жилой и землей, возникающее при повреждении кабеля или при неисправности оборудования подстанции. Аварийный ток будет течь через землю к первичной станции.

Как уже отмечалось, сеть промежуточного напряжения обычно состоит из двух цепей подстанций, соединенных в удаленных концах (т.е. концах, удаленных от первичной станции). Однако кабельные оболочки (и соединения между кабельными оболочками на подстанциях) образуют непрерывную петлю с обоими концами на первичной станции. Кроме того, существует общий путь через землю от кабельных оболочек. Следовательно, обратный аварийный ток будет разделен по этим трем путям в пропорции, определяемой их сопротивлениями.

В рассматриваемой системе для типичного преобразователя, охватывающего 3х-фазный кабель, результирующий ток магистрали, протекающий сквозь него при нормальных условиях, мал или равен нулю. При аварии по одной или более жил будет течь дополнительный аварийный ток, который будет возвращаться как возвратный ток по земле, разделенный между оболочкой кабеля, в котором протекает фазный аварийный ток, оболочкой кабеля на удаленной от повреждения стороне и общей землей. Следовательно, аварийный ток сквозь преобразователь по оболочке будет меньше аварийного фазного тока, так что при нормальных условиях сквозь преобразователь будет протекать значительный результирующий магистральный ток.

Следовательно, контролируя, как было описано, индуктивность преобразователя, можно обнаружить результирующий магистральный ток, достаточно большой для доведения сердечника преобразователя до близкого к насыщению состояния, и измерить этот ток. Такой результирующий ток магистрали обычно указывает на неисправность. Подстанции, обнаружившие таким способом неисправность, передадут на первичную станцию соответствующие сообщения и величины токов. Эти сообщения затем могут быть проанализированы, что поможет отыскать места повреждения.

Хотя контроль индуктивности сердечника преобразователя обычно дает лишь весьма грубую оценку результирующего тока магистрали, этого обычно достаточно для определения места повреждения. Если две неисправности возникают одновременно, например в результате удара молнии, и один аварийный ток не поглощает другой, то анализируя суммарные значения аварийных токов на различных подстанциях, на первичной станции можно определить появление двух неисправностей и места их возникновения.

Очевидно, что как характер, так и величину результирующего тока магистрали сквозь преобразователь можно определить, используя подходящие способы. Такая дополнительная информация обычно помогает более точно установить место неисправности.

Если узел приема-передачи сообщений обнаруживает избыточный ток, он обычно немедленно посылает об этом сигнал. Поскольку связь предпочтительна на частотах в области 100 кГц (при частоте сети 50 или 60 Гц), постольку узлы приема-передачи будут иметь достаточно времени для передачи сообщения до исчезновения питания.

Очень большой аварийный ток может насытить сердечник преобразователя до такой степени, что передача сигналов станет невозможна. Для уменьшения этой опасности в сердечнике предусматривают небольшой упомянутый выше воздушный зазор. Однако как дополнительное средство в узле приема-передачи можно установить запасной источник питания (например, аккумулятор), что позволит продолжать передачу сигналов в течение короткого времени после потери промежуточного напряжения. (Очевидно, что нормальная передача сообщений, связанная с такими процессами, как считывание показаний пользовательских счетчиков, при авариях такого типа будет прервана немедленно). Исчезновение промежуточного напряжения не нарушает прохождения высокочастотных сигналов.

Источники информации
1. Стандарт CENELEC, CN0065.1.

Изобретение относится к области связи и энергоснабжения посредством электросетей при передаче электроэнергии на большие расстояния, в частности через подземные сети напряжением выше напряжения бытовой сети. Технический результат - расширение области применения и диапазона передачи сигналов, а также упрощение монтажа и эксплуатации сетей. Это достигается тем, что в сети электроснабжения, содержащей ряд распределительных и/или трансформаторных станций, связанных кабелями, каждый из которых содержит по меньшей мере одну внутреннюю жилу и наружную оболочку, присоединенную к корпусам оборудования станций, и систему связи, содержащую ряд преобразователей, связанных с кабелями станций, каждый из преобразователей соответствующего кабеля размещен на конце, удаленном от места присоединения оболочки к корпусу станции, для обеспечения связи преобразователя как с оболочкой, так и с внутренней(ими) жилой(ами) кабеля, а также тем, что по меньшей мере одно кабельное подсоединение содержит уплотнитель, посредством которого кабельная оболочка соединена с корпусом станции. 10 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Сеть электроснабжения содержащая ряд распределительных и/или трансформаторных станций, связанных кабелями, причем каждый кабель содержит по меньшей мере одну внутреннюю жилу и наружную оболочку, присоединенную к корпусам станций, и систему связи, содержащую ряд преобразователей, каждый из которых связан с кабелями на станциях и содержит магнитный сердечник, по существу, охватывающий кабель, отличающаяся тем, что каждый из преобразователей помещен на части соответствующего кабеля, удаленной от места присоединения оболочки к корпусу станции, вблизи соответствующего оконечного кабельного устройства для обеспечения связи преобразователя как с оболочкой, так и с внутренней жилой кабеля. 2. Сеть по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно оконечное кабельное устройство содержит уплотнитель, посредством которого кабельная оболочка соединена с корпусом соответствующей станции. 3. Сеть по п.1 или 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно оконечное кабельное устройство имеет доступный участок внутренней жилы и заземляющую шину, соединяющую соответствующую оболочку с корпусом соответствующей станции, причем преобразователь смонтирован с охватом кабеля в месте наличия оболочки. 4. Сеть по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно оконечное кабельное устройство имеет доступный участок внутренней жилы в заземляющую шину, соединяющую соответствующую оболочку с корпусом соответствующей станции, причем преобразователь смонтирован с охватом кабеля на доступном участке внутренней жилы, а заземляющая шина пропущена сквозь соответствующий преобразователь. 5. Сеть по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что по меньшей мере один преобразователь имеет магнитный сердечник, состоящий из разъемных секций. 6. Сеть по п.5, отличающаяся тем, что секции магнитного сердечника выполнены со стыкующимися между собой поверхностями, обеспечивающими клиновое соединение. 7. Сеть по п.5 или 6, отличающаяся тем, что две секции магнитного сердечника имеют скошенные поверхности для обеспечения возможности сопряжения по скользящему контакту. 8. Сеть по любому из пп.5 - 7, отличающаяся тем, что преобразователь имеет отдельные управляющую и сенсорную обмотки. 9. Сеть по п.8, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из обмоток, управляющая или сенсорная, образует часть настроенного контура. 10. Сеть по п. 9, отличающаяся тем, что настроенный контур выполнен с возможностью подстройки. 11. Сеть по любому из пп.5 - 10, отличающаяся тем, что каждый преобразователь имеет отдельную контрольную обмотку.