СПОСОБ ГУТИНА К.И. И ЦАГАРЕЙШВИЛИ С.А. ВВОДА ТОКОВ СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНУЮ ЛИНИЮ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 0,4 кВ ПО СХЕМЕ "ФАЗА"-"ЗЕМЛЯ" С ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ "ФАЗА"-"ЗЕМЛЯ" 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 0,4 кВ. С КП на ДП передают сигналы телесигнализации положения управляемых переключателей и сигналы телеизмерений, которые содержат информацию о величинах токов, напряжений, cosφ, показаний счетчиков потребителей электроэнергии.

Известен «Пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть», патент RU 2224363. Бюл. №5. Данный аналог имеет следующие недостатки.

1. Наличие в генераторе, реализующем способ, воздушного трансформатора, при изготовлении которого трудно получить коэффициент связи между его обмотками, близким к единице, за счет больших габаритов.

2. Большая мощность потребления при образовании тока, вводимого в линию 0,4 кВ.

Известен также «Способ Гутина К.И. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи», который принят за ПРОТОТИП. Патент RU 2224365, H04В 3/54. Бюл. №5, 2004 г., который имеет те же недостатки, что и аналог.

Целью изобретения является снижение мощности потребления генератором по сравнению с ПРОТОТИПОМ без применения воздушного трансформатора.

Данная цель достигается тем, что в трехфазную линию 0,4 кВ вводят токи сигнала i₀ с помощью резонансного контура, который состоит из катушки 4, конденсатора 5, провода «Земля» и низковольтной фазы А, трансформатора 10/0,4 кВ, токи сигнала i₀ трансформируют в линию 10 кВ, при этом получают два тока: прямой - I₁ и обратной - I₂ последовательностей, которые в пункте приема принимают на фильтры прямой и обратной последовательности, которые настроены на частоту f₀.

На чертеже приведена схема генератора, которая реализует заявленное техническое предложение, где:

1. трехфазный трансформатор 10/04 кВ (трансформатор), который имеет низковольтные фазы А, В, С;

2. трехфазная линия электропередачи 10 кВ;

3. трехфазная линия электропередачи 0,4 кВ (линия 0,4 кВ);

4. воздушная катушка индуктивности (катушка), ее индуктивность равна - L₄;

5. первый конденсатор, его емкость равна - С₅;

6. двухполупериодный выпрямительный мост;

7. второй конденсатор, его емкость равна - C₇;

8. управляемый ключ (ключ);

9. блок управления;

10. заземленная нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ (провод «Земля»).

Определим мощность потребления генератором прототипа из линии 0,4 кВ, при этом для простоты изложения активными сопротивлениями и индуктивностью обмоток воздушного трансформатора пренебрегаем. Из описания прототипа следует, что амплитуда тока, протекающего по цепи: мост, первичная обмотка воздушного трансформатора, резистор, ключ, мост, равна 17 А, при этом коэффициент трансформации воздушного трансформатора равен единице.

Мощность потребления в прототипе с учетом допущений равна:

где I_m=17 A - амплитуда тока прототипа через замкнутый ключ в момент времени его размыкания;

R₉=10 Ом - сопротивление резистора;

τ_пр=0,25 Т₀ - длительность замкнутого положения ключа генератора прототипа.

- период частоты f₀ прототипа.

В связи с тем что энергия из сети 0,4 кВ потребляется только в интервале времени τ_пр, когда ключ замкнут, в выражении (1) введен коэффициент 0,25, так как ключ замкнут на время τ_пр=0,25 Т₀.

Исходные данные для расчета генератора

Частота токов, вводимых в линию 0,4 кВ, равна:

Мощность трансформатора, который запитывает генератор, равна:

Емкость конденсатора 5 равна:

Индуктивность катушки 4 равна:

Активное сопротивление катушки 4 равно:

где Q=10 - добротность катушек 4 и 8.

Работа заявленного генератора

Значение величин индуктивности катушки 4 и емкости конденсатора 5 выбраны из условия резонанса в контуре по цепи: катушка 4 - конденсатор 5 - провод «Земля» на частоте f₀=1000 Гц при разомкнутом ключе, при этом индуктивностью обмоток и активными сопротивлениями трансформатора пренебрегаем в связи с их малостью.

Определим емкость конденсатора 7 из выражения:

откуда следует:

В момент времени t₁, когда потенциал фазы А будет больше потенциала провода «Земля», тогда будут открыты диоды 1 и 3, подключим генератор к линии 0,4 кВ. При этом начнет заряжаться конденсатор 7 током i₁ по цепи: фаза А - катушка 4 - первый диод - «плюс» конденсатор 7 - «минус» конденсатор 7 - третий диод - провод «Земля». Конденсатор 7 будет заряжаться до напряжения Е₀:

где Е₀ - амплитуда напряжения 220 В.

После заряда конденсатора 7 до напряжения Е₀ схема генератора будет находиться в устойчивом состоянии.

В момент времени t₂>t₁ начинают коммутировать ключ с частотой f₀ при замыкании ключа на время τ=0,14 Т₀, при этом через него будет протекать ток по цепи: фаза А - катушка 4 - первый диод - ключ - третий диод - провод «Земля». Одновременно будет протекать ток разряда конденсатора 7 по цепи: «плюс» конденсатор 7 - ключ - третий диод - провод «Земля», а также будет протекать ток подзаряда конденсатора 7 по цепи его заряда током i₁, при этом ток заряда равен току разряда, которые равны между собой и направлены навстречу друг другу, поддерживая напряжение на обкладках конденсатора 7 равным Е₀.

Определим амплитуду тока через ключ в момент времени размыкания ключа с учетом (2), (5), (6), (7) и принятом значении τ=0,14 Т₀ из выражения:

где Е₀=310 В;

R₄=1,58 Ом;

L₄=2,52·10^-3 Гн.

Определим мощность потерь из сети 0,4 кВ заявленного генератора по аналогии с выражением (1):

Определим с учетом (1), во сколько раз снизилась мощность потребления из сети 0,4 кВ при использовании заявленного генератора:

Таким образом, цель, поставленная изобретением, достигнута, так как мощность потребления заявленного генератора из сети 0,4 кВ снижена в 12 раз, без применения воздушного трансформатора. При этом необходимо отметить, что мощность трансформатора 10/0,4 кВ, частота токов, амплитуда тока через ключ в момент его размыкания в ПРОТОТИПЕ и заявленном генераторе приняты равными между собой.

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 0,4 кВ. 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 - снижение мощности потребления генератором. 1 ил.

Способ ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи 0,4 кВ по схеме «Фаза» - «3емля» с источником питания «Фаза» - «3емля», в соответствии с которым пропускают при замкнутом ключе ток по цепи: фаза А, первая катушка индуктивности, вход двухполупериодного выпрямительного моста, плюсовая шина моста, ключ, минусовая шина моста, провод «Земля», при этом накапливают электромагнитную энергию W в первой катушке индуктивности, отличающийся тем, что ключ замкнут в промежутке времени 0≤t<0,14 T₀, в момент времени размыкания ключа за счет энергии W, в резонансном контуре, который настроен на частоту f₀, возбуждают свободные затухающие колебания тока сигнала i₀=I_m·cosω₀t·ℓ^-8t по цепи: фаза А, первая катушка индуктивности, первый конденсатор, провод «Земля», при этом в линии 0,4 кВ получают токи прямой - I₁ и обратной - I₂ последовательностей на частоте f₀, которые трансформируют в линию 10 кВ, где принимаются фильтрами прямой и обратной последовательности, которые настроены на частоту f₀ в пункте приема, где I_m - амплитуда тока сигнала, ω₀=2πf₀ - угловая частота, f₀ - частота тока сигнала, - период частоты тока сигнала, ℓ^-δt - коэффициент затухания амплитуды тока I_m, , R_L4 - активное сопротивление первой катушки, L₄ - индуктивность первой катушки, - энергия, которая была накоплена в первой катушке в момент времени размыкания ключа.