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 H05B3/54 

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 H04B 3/54. Бюл. №5, 2004 г., который имеет те же недостатки, что и аналог.

Задачей изобретения является снижение мощности потребления генератором по сравнению с прототипом без применения воздушного трансформатора.

Технический результат достигается тем, что в способе 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 двухполупериодного выпрямительного моста, вторая катушка индуктивности, ключ, минусовая шина двухполупериодного выпрямительного моста, другой вход двухполупериодного выпрямительного 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 возбуждают свободные затухающие колебания тока сигнала i₀=I_m·cosω₀t·i^-8t в первом резонансном контуре, который настроен на частоту f₀ по цепи: фаза А, первая катушка индуктивности, первый конденсатор, провод «Земля», создают второй резонансный контур из второй катушки индуктивности и второго конденсатора, 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 будут приняты 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, 1

- период частоты тока сигнала,

i^-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.

Результат 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 A, 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. Первая 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 - С₇;

8. Вторая катушка, ее индуктивность равна - L⁸;

9. Третий конденсатор, его емкость равна - С₉;

10. Управляемый ключ (ключ);

11. Блок управления;

12. 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 17А, при этом коэффициент трансформации воздушного трансформатора равен единице.

Мощность потребления в прототипе с учетом допущений равна

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

R₉=10 Ом - сопротивление резистора 9;

τ_пр=0,25 T₀ - 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

Емкости конденсаторов 5 и 7 равны

Индуктивность катушек 4 и 8 равна

Активное сопротивление катушек 4 и 8 равно

где Q=10 - добротность катушек 4 и 8.

Суммарная индуктивность катушек 4 и 8 равна

Суммарное активное сопротивление катушек 4 и 8 равно

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.

Значение величин индуктивности катушки 8 и емкости конденсатора 7 выбраны из условия резонанса в колебательном контуре при замкнутом ключе по цепи: катушка 8 - ключ - конденсатор 7.

Конденсатор 9 и катушка 8 предназначены для создания резонансного контура с целью предотвращения выхода из строя ключа 10 при его размыкании за счет запасенной электромагнитной энергии в катушке 8.

Определим емкость конденсатора 9 из выражения:

откуда следует:

.

Определим частоту тока в резонансном контуре (L₈-C₉), который затухает по экспоненте

В момент времени t₁, когда потенциал фазы A 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 B.

После заряда конденсатора 7 до напряжения E₀ 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 A - катушка 4 - первый диод - катушка 8 - ключ - третий диод - провод «Земля». Одновременно будет протекать ток разряда конденсатора 7 по цепи: «плюс» конденсатор 7 - катушка 8 - ключ - «минус» конденсатор 7, 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), (7), (8), (9) и принятом значении τ=0,14 Т₀ из выражения

где E₀=310 B; R_Σ=1,58 Ом; ; L_Σ=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 - уменьшение потерь мощности. 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 двухполупериодного выпрямительного моста, вторая катушка индуктивности, ключ, минусовая шина двухполупериодного выпрямительного моста, другой вход двухполупериодного выпрямительного 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 возбуждают свободные затухающие колебания тока сигнала i₀=I_m·cosωt·i^-δt в первом резонансном контуре, который настроен на частоту f₀ по цепи: фаза А, первая катушка индуктивности, первый конденсатор, провод «Земля», создают второй резонансный контур из второй катушки индуктивности и второго конденсатора, 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, i^-δt - коэффициент затухания амплитуды тока I_m, , R_L4 - активное сопротивление катушки, L₄ - индуктивность катушки, - энергия, которая была накоплена в катушке индуктивности в момент времени размыкания ключа.