СПОСОБ ГУТИНА К.И. И ЦАГАРЕЙШВИЛИ С.А. ВВОДА ТОКОВ СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНУЮ ЛИНИЮ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 0,4 кВ ПО СХЕМЕ "ФАЗА" - "ФАЗА" 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 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 способ ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи 0,4 кВ по схеме «Фаза» - «Фаза» 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, вторая катушка индуктивности, ключ, минусовая шина моста, другой вход двухполупериодного выпрямительного моста, провод «Земля», при этом накапливают электромагнитную энергию W в первой катушке индуктивности, отличается 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: по цепи: фаза А, первая катушка индуктивности, первый конденсатор, фаза В, 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 последовательностей, 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 первой катушки;

L₄ - индуктивность первой катушки;

- энергия, которая была накоплена в первой катушке в момент времени размыкания ключа.

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

1. Трехфазный трансформатор 10/04 кВ (трансформатор); который имеет низковольтные фазы A, B, 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 - C₅,

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: моста, 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:

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 колебательном контуре при протекании тока сигнала i₀ по линии электропередачи 3 по цепи: катушка 4 - конденсатор 5 - фаза В - провод «Земля» на частоте f₀=1000 Гц при разомкнутом ключе, при этом индуктивностью и активными сопротивлениями трансформатора пренебрегаем. Выпрямление тока через катушку 4 производят по цепи: катушка 4 - двухфазный выпрямительный мост - «Земля».

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. Управление ключом 10 осуществляют блоком управления 11.

Определим емкость конденсатора 9 из выражения:

откуда следует:

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

В момент времени t₁ подключим генератор к линии 0,4 кВ, когда потенциал фазы А будет больше потенциала «Земля», тогда будут открыты диоды 1 и 3, при этом начнет заряжаться конденсатор 7 током i₁ по цепи: фаза А - катушка 4 - диод 1 - «плюс» конденсатор 7 - «минус» конденсатор 7 - диод 3 - 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 временив 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 - диод 1 - катушка 8 - ключ - диод 3 - 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 Е₀=310 В; R_Σ=1,58 Ом; τ=0,14 ; 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 использования воздушного трансформатора. При этом необходимо отметить, что мощность трансформатора 10/0,4 кВ, частота токов f₀, амплитуда тока I_m 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 величинах токов, напряжений, cosφ, показаний счетчиков электроэнергии потребителей. Технический результат - уменьшение мощности генератора. 1 ил.

Способ ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи 0,4 кВ по схеме «Фаза» - «Фаза» 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, вторая катушка индуктивности, ключ, минусовая шина 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 Т₀, в момент времени размыкания ключа за счет энергии W, возбуждают свободные затухающие колебания тока сигнала i₀=I_m·cosω₀t·i^-δt в первом резонансном контуре, который настроен на частоту f₀ по цепи: по цепи: фаза А, первая катушка индуктивности, первый конденсатор, фаза В, 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.