ГЕНЕРАТОР ГУТИНА К.И.-ЦАГАРЕЙШВИЛИ С.А. ВВОДА ТОКОВ СИГНАЛОВ В ЛИНИЮ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 380 В ПО СХЕМЕ "ФАЗА-ФАЗА" Российский патент 2011 года по МПК H04B3/54 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для передачи сигналов телеуправления с диспетчерского пункта (ДП), установленного на подстанции 35/10/0,4 кВ, на рассредоточенные контролируемые пункты (КП), которые подключены к линиям электропередачи 380 В. С КП на ДП передают сигналы телесигнализации положения управляемых переключателей и сигналы телеизмерений, которые содержат информацию о величинах токов, напряжений, cosφ, показаний счетчиков электроэнергии потребителей.

Известен генератор с пассивно-активным способом ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть. - Патент RU 2224364 С27 Н04В 3/54 от 20.02.2004 г. Бюл. №5. Данный АНАЛОГ имеет следующие недостатки: 1) наличие в генераторе воздушного трансформатора, при изготовлении которого трудно получить коэффициент связи между его обмотками, близкий к единице, за счет больших габаритов воздушного трансформатора; 2) генератор затрачивает большую мощность на образование тока сигнала.

Известен также генератор Гугина К.И. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи. - Патент RU 2224366 С27 Н04В 3/54 от 20.02.2004 г. Бюл. №5, который принят за ПРОТОТИП.

Известный генератор ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи содержит трансформатор 10/0,4 кВ, первый, второй конденсаторы, управляемый ключ).

Недостатками известного генератора является наличие в генераторе воздушного трансформатора, при изготовлении которого трудно получить коэффициент связи между его обмотками, близкий к единице, за счет больших габаритов воздушного трансформатора, генератор затрачивает большую мощность на образование тока сигнала, а также имеет малый удельный коэффициент, который определяет отношение потребляемой мощности в ваттах на один ампер амплитуды тока сигнала.

где

Р - потребляемая генератором мощность в ваттах;

I_m - амплитуда тока сигнала, вводимого в линию напряжением 380 В,

при передаче сигналов с КП на ДП в амперах. В заявленном генераторе устранены недостатки прототипа по п.п.1 и 2, а также снижен удельный коэффициент γ в 7 раз.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение удельного коэффициента, который определяет отношение потребляемой мощности в ватах на один ампер амплитуды тока сигнала, в 7 раз.

Технический результат достигается тем, что в генераторе ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи по схеме «фаза-фаза», содержащем трансформатор, первый и второй конденсаторы, управляемый ключ, введены третий конденсатор, воздушная катушка индуктивности, двухполупериодный выпрямительный мост, на диодах Д₁, Д₂, Д₃ и Д₄, при этом низковольтная обмотка фазы А трансформатора подключена к первому входному выводу двухполупериодного выпрямительного моста, к которому подключены катод диода Д₄ и анод диода Д₁, к первому выходному выводу двухполупериодного выпрямительного моста подключены катод диода Д₁ и катод диода Д₂, анод которого подключен ко второму входному выводу двухполупериодного выпрямительного моста, который подключен к выводу «земля» и к катоду диода Д₃, анод которого подключен ко второму выходному выводу выпрямительного моста, который подключен к аноду четвертого диода, первый конденсатор подключен между первым и вторым выходными выводами двухполупериодного выпрямительного моста, при этом вывод «плюс» первого конденсатора подключен к первому выходному выводу двухполупериодного выпрямительного моста и к первому входу ключа, второй вход которого является информационным, выход ключа подключен к первому выводу воздушной катушки индуктивности, к первой обкладке третьего конденсатора, вторая обкладка которого подключена к низковольтной фазе В трансформатора, второй вывод катушки индуктивности подключен ко второму выходному выводу двухполупериодного выпрямительного моста и к первой обкладке второго конденсатора, вторая обкладка которого подключена к низковольтной фазе А трансформатора.

На чертеже приведена схема заявленного генератора, где:

1 - трансформатор 10/0,4 кВ, который установлен на ДП;

2 - низковольтная Фаза А трансформатора 10/0,4 кВ;

3 - двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д₁, Д₂, Д₃, Д₄;

4 - первый конденсатор - с емкостью С₄;

5 - управляемый ключ;

6 - воздушная катушка индуктивности с индуктивностью L₆;

7 - второй конденсатор с емкостью C₇,

8 - третий конденсатор с емкостью С₈;

9 - заземленная нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ (вывод «земля»)

Работа генератора

При подключении генератора к линии 220 В при разомкнутом ключе 5 в промежутке времени, когда потенциал Фазы А больше потенциала вывода «земля», открыты диоды Д₁ и Д₃. Конденсатор 4 заряжается до напряжения Е₀ током i₁(t) no цепи: фаза А, диод Д₁, вывод «плюс» конденсатора 4, вывод «минус» конденсатора 4, диод Д₃, вывод «земля».

Через промежуток времени Δt=4τ_n конденсатор 4 зарядился полностью до напряжения Е₀:

где τ_n - постоянная времени зарядной цепи конденсатора 4;

E₀=U_m - амплитуда фазного напряжения 220 В.

После полного заряда конденсатора 4 до напряжения Е₀=310 В генератор будет находиться в устойчивом состоянии.

Исходные данные для расчета генератора:

I_m=38 A - амплитуда тока, вводимого в линию 380 В по схеме «фаза-фаза».

f₀=1950 Гц частота тока сигнала.

- интервал времени замкнутого положения ключа.

S=400 кВА - мощность трансформатора 10/0,4 кВ.

Известное равенство энергии, запасаемой в катушке индуктивности, и электрической энергии в конденсаторе при резонансе, имеет вид

Определим значение I_m с учетом (1) через параметры генератора С₄, Е₀, f₀ при замкнутом ключе в первом резонансном контуре, который образован цепью: вывод «плюс» конденсатора 4, ключ 5, воздушная катушка индуктивности 6, вывод «минуса конденсатора 4:

где I_m=38 A - амплитуда тока i₁(t) заряда конденсатора 4; Е₀=310 В согласно (1);

f₀=1950 Гц согласно исходных данных.

Определим величину емкости конденсатора 4 с учетом выражения (3) и исходных данных:

В момент времени t>0 начинают коммутировать ключ с частотой f₀. При замкнутом ключе в первом резонансном контуре будет протекать ток i₂(t) за счет разряда конденсатора 4 по цепи: вывод «плюс» конденсатора 4, ключ 5, катушка индуктивности 6, вывод «минус» конденсатора 4.

При протекании тока i₂(t) через воздушную катушку индуктивности 6 в ней будет запасаться электромагнитная энергия W.

В момент времени размыкания ключа t=τ₃, за счет запасенной электромагнитной энергии W во втором резонансном контуре начнутся свободные колебания тока сигнала i₀(t), который вводят в линию 380 В по цепи: катушка индуктивности 6, конденсатор 7, фаза А низковольтной обмотки трансформатора 10/0,4 кВ, фаза В низковольтной обмотки трансформатора, конденсатор 8, воздушная катушка индуктивности 6, при этом первый и второй резонансные контуры настроены в резонанс на частоту f₀. При наличии тока i₀(t) сигнала во втором резонансном контуре фазы А и В трансформатора 10/0,4 кВ замкнуты накоротко по цепи: конденсатор 8, катушка индуктивности 6; конденсатор 7. В связи с тем, что суммарное сопротивление второго резонансного контура мало, можем считать, что по указанной выше цепи наступает короткое металлическое замыкание на частоте f₀=1950 Гц, при этом, как известно, образуются İ₁ токи прямой <t/ и обратной İ₂ последовательностей, которые на ДП принимаются двумя фильтрами прямой и обратной последовательностей. «Теоретические основы электротехники» - Издательство «Энергия». Москва 1966 г. - Ленинград, стр.211.

Определим величину индуктивности катушки индуктивности 6 - L₆ - с учетом выражения (4):

В связи с тем, что конденсаторы 7 и 8 соединены последовательно во втором резонансном контуре, емкость каждого из них будет равна

С учетом мощности трансформатора 10/0,4 кВ низковольтная обмотка Фазы А будет иметь индуктивность, которая равна

Определим суммарную индуктивность второго резонансного контура:

Определим суммарное активное сопротивление второго резонансного контура:

где Q=10 - добротность второго резонансного контура.

Определим с учетом выражений (1), (8), (9) правильность выбора значения τ₃=0,18Т₀ из известного выражения:

где τ₃=0,18Т₀ - задано в исходных данных.

Таким образом, сравнивая величину амплитуды тока, которая задана в исходных данных I_m=38A, с величиной, полученной в (10), делаем вывод, что интервал времени замкнутого положения ключа τ₃=0,18Т₀ выбран правильно.

Аналитическое выражение тока сигнала, который вводят в линию 380 В, имеет вид

где ω₀=ω_св=1950 Гц частота тока свободных колебаний во втором резонансном контуре;

e^-δtраз - коэффициент затухания тока свободных колебаний в интервале времени t_paз:

t_paз - интервал времени, когда ключ разомкнут:

Определим амплитуду тока свободных колебаний во втором резонансном контуре через промежуток времени 4,2·10^-4 сек, т.е. в момент следующего замыкания ключа, с учетом (10), (12) и (13):

Определим среднее значение амплитуды тока сигнала за период Т_о с учетом выражения (14):

Определим мощность потерь в заявленном генераторе с учетом выражения

индекс «3» относится к заявленному генератору.

Коэффициент 0,18 в (16) учитывает, что энергия из линии отбирается только 0,18Т₀.

Определим мощность потерь в ПРОТОТИПЕ, при этом для простоты расчетов мощность потерь в воздушном трансформаторе ПРОТОТИПА не учитываем:

где индекс «пр» относится к генератору прототипа;

I_m=17 A, R=100 м, τ₃=0,25Т₀ - параметры прототипа;

коэффициент 0,25 в (17) учитывает, что энергия из линии 380 В в прототипе отбирается только 0,25Т₀.

Определим удельное потребление мощности в заявленном генераторе на 1 ампер амплитудного значения тока сигнала с учетом (10) и (16)

Определим удельное потребление мощности у прототипа на 1 ампер амплитудного значения тока сигнала с учетом (17)

где I_m=17 A - амплитуда тока в прототипе.

Определим, во сколько раз удельное потребление мощности в заявке меньше, чем в прототипе с учетом (18) и (19):

Таким образом, цель, поставленная изобретением, достигнута, при этом в заявленном генераторе нет воздушного трансформатора, а удельное потребление мощности снижено в 7 раз согласно выражению (20).

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для передачи сигналов телеуправления с диспетчерского пункта (ДП), установленного на п/с 35/10/0,4 кВ, на рассредоточенные контролируемые пункты (КП), которые подключены к линиям электропередачи 380 В. С КП на ДП передают сигналы телесигнализации положения управляемых переключателей и сигналы телеизмерений, которые содержат информацию о величинах токов, напряжений, cosφ, показаний счетчиков электроэнергии потребителей. Технический результат - в заявленном способе, который реализован в генераторе, нет воздушного трансформатора, а также снижен удельный коэффициент потребления мощности в 7 раз. 1 ил.

Генератор ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи по схеме «фаза-фаза», содержащий трансформатор, первый и второй конденсаторы, управляемый ключ, отличающийся тем, что введены третий конденсатор, воздушная катушка индуктивности, двухполупериодный выпрямительный мост, на диодах Д₁, Д₂, Д₃ и Д₄, при этом низковольтная обмотка фазы А трансформатора подключена к первому входному выводу двухполупериодного выпрямительного моста, к которому подключены катод диода Д₄ и анод диода Д₁, к первому выходному выводу двухполупериодного выпрямительного моста подключены катод диода Д₁ и катод диода Д₂, анод которого подключен ко второму входному выводу двухполупериодного выпрямительного моста, который подключен к выводу «земля» и к катоду диода Д₃, анод которого подключен ко второму выходному выводу выпрямительного моста, который подключен к аноду четвертого диода, первый конденсатор подключен между первым и вторым выходными выводами двухполупериодного выпрямительного моста, при этом вывод «плюс» первого конденсатора подключен к первому выходному выводу двухполупериодного выпрямительного моста и к первому входу ключа, второй вход которого является информационным, выход ключа подключен к первому выводу воздушной катушки индуктивности, к первой обкладке третьего конденсатора, вторая обкладка которого подключена к низковольтной фазе В трансформатора, второй вывод катушки индуктивности подключен ко второму выходному выводу двухполупериодного выпрямительного моста и к первой обкладке второго конденсатора, вторая обкладка которого подключена к низковольтной фазе А трансформатора.