ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЧАСТИ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА С ОТБОРОМ МОЩНОСТИ ОТ ФАЗНОГО ПРОВОДА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Настоящая полезная модель относится к относится к области электротехники и может быть использована в качестве источника питания электрооборудования на линиях высокого напряжения.
При отсутствии локальных источников питания при измерениях токов и напряжений в высоковольтных линиях электропередач (ЛЭП) возникает необходимость получения питания для измерительных схем непосредственно от ЛЭП. В частности, одним из измерительных приборов, получивших распространение в последнее время, является цифровой измерительный трансформатор тока.
Известен ряд технических решений, целью которых является получение энергопитания от высоковольтных ЛЭП и/или проведение измерений, в частности патенты RU 2476967 от 21.02.2012, RU 2483409 от 26.04.2012, RU 120519 от 27.04.2012, RU 2488931 от 13.02.2012, RU 2439590 от 07.10.2010, RU 2439590 от 07.10.2010, RU 139686 от 14.08.2013, RU 123606 от 14.06.2012, RU 62309 от 09.11.2006, US 5629844 от 05.04.1996, US 7489120 от 12.07.2006 заявки на изобретения RU 2009149212 от 29.05.2007, RU 2012156881 от 26.12.2012.
Недостатками указанных технических решений являются большое количество передаточных звеньев, ненадежность конструкции, а также наличие паразитных гармоник при работе устройств.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является вторичный источник питания с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения промышленной частоты (патент RU 2483409 от 26.04.2012). Прототип представляет собой источник питания, содержащий трансформатор, имеющий первичную обмотку и вторичную обмотку, причем первичная обмотка включена последовательно в высоковольтную ЛЭП, преобразователь-регулятор напряжения, к одному из входных зажимов которого подключен первый вывод вторичной обмотки трансформатора, а к его выходным зажимам может быть подключена нагрузка и неполярный конденсатор, включенный между вторым выводом вторичной обмотки трансформатора и вторым входным выводом преобразователя-регулятора напряжения.
Основным недостатком прототипа является большие массогабаритные параметры конденсатора необходимой емкости и повышенный уровень электромагнитных помех, вызванных резонансными явлениями.
Техническая задача настоящей полезной модели заключается в получении источника электропитания высоковольтной части цифрового измерительного трансформатора тока с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения.
Техническая задача достигается тем, что устройство представляет собой источник питания для измерительных приборов на линиях высокого напряжения и позволяет производить отбор энергии непосредственно от высоковольтной линии без дополнительных источников энергии.
Работа источника питания для измерительных схем на линиях высокого напряжения основана на использовании энергии тока, протекающего по фазному проводу линии электропередачи.
Ниже подробно описана и иллюстрируется на фиг. 1 конструкция заявляемого устройства.
Устройство источника электропитания цифрового измерительного трансформатора тока содержит трансформатор 1, первичная обмотка которого включена последовательно в высоковольтную ЛЭП, а вторичная обмотка одним концом подключена к первому входному зажиму преобразователя-регулятора напряжения 2, на выходе которого находится нагрузка 3, а другим концом вторичная обмотка через нелинейный ограничитель тока 4 соединена со вторым входным зажимом преобразователя-регулятора напряжения. Преобразователь-регулятор 2 может содержать выпрямительный мост на диодах, сглаживающий конденсатор С и параллельный стабилизатор напряжения (ПСН), в качестве которого может быть использован стабилитрон. Нелинейный ограничитель тока 4 может быть выполнен на транзисторах по схеме, включающей выпрямительный мост и представленной на фиг. 2.
1
d
Устройство работает следующим образом. По ЛЭП протекает переменный ток I часть энергии которого используется для питания высоковольтной части цифрового измерительного трансформатора тока. Эта часть отбирается трансформатором 1, ток во вторичной обмотке которого выпрямляется, сглаживается в преобразователе-регуляторе 2, обеспечивающем также стабилизацию выходного напряжения U, подаваемого на нагрузку 3.
1
1
1
2
1
Ток в ЛЭП I может изменяться в широких пределах (для измерительных трансформаторов тока погрешность нормируется при изменении первичного тока от 1% до 120% номинального тока). При больших значениях тока I возрастает также ток и возникает необходимость в утилизации части энергии, отбираемой трансформатором 1 от ЛЭП. Для снижения потерь энергии и нагрева необходимо, чтобы магнитопровод трансформатора входил в насыщение при увеличении первичного тока I, за счет чего доля энергии, отбираемой от ЛЭП, уменьшается. Для эффективного введения магнитопровода в насыщение между вторичной обмоткой трансформатора 1 и входом преобразователя-регулятора 2 включают балластный двухполюсник. В частности, в устройстве по патенту RU 2483409 в качестве балластного двухполюсника используется конденсатор. Как показало математическое моделирование, при включении балластного конденсатора ток во вторичной обмотке трансформатора 1 содержит интенсивные высшие гармоники, создающие электромагнитные помехи. Кроме того, конденсатор имеет большие массу, габариты и стоимость. На фиг. 3 представлены графики изменения тока I, при токе в ЛЭП I равном 20 А (кривая 1) и 2400 А (кривая 2).
2
2
1
Включение вместо балластного конденсатора нелинейного ограничителя тока 3 позволяет уменьшить силу тока I и, как следствие, уменьшить электромагнитные помехи и потери энергии. Кроме того, нелинейный ограничитеь тока имеет меньшие массу, габариты и стоимость. На фиг. 4 представлены графики изменения тока I, при токе в ЛЭП I равном 20 А (кривая 1) и 2400 А (кривая 2), полученные в результате моделирования источника питания с нелинейным ограничителем тока.