ГЕНЕРАТОР ГУТИНА К.И.-ЦАГАРЕЙШВИЛИ С.А. ВВОДА ТОКОВ СИГНАЛОВ В ЛИНИЮ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 380 В ПО СХЕМЕ "ФАЗА-ФАЗА"
GENERATOR BY GUTIN KI - CAGAREYSHVILI SA TO INPUT SIGNAL CURRENTS INTO POWER TRANSMISSION LINE 380 V ACCORDING TO CIRCUIT "PHASE-PHASE"

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;
m
I - 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.
1
2
3
4
4
1
1
2
3
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 Д, Д, Д и Д, при этом низковольтная обмотка фазы А трансформатора подключена к первому входному выводу двухполупериодного выпрямительного моста, к которому подключены катод диода Д и анод диода Д, к первому выходному выводу двухполупериодного выпрямительного моста подключены катод диода Д и катод диода Д, анод которого подключен ко второму входному выводу двухполупериодного выпрямительного моста, который подключен к выводу «земля» и к катоду диода Д, 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;
1
2
3
4
3 - двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д, Д, Д, Д;
4
4 - первый конденсатор - с емкостью С;
5 - управляемый ключ;
6
6 - воздушная катушка индуктивности с индуктивностью L;
7
7 - второй конденсатор с емкостью C,
8
8 - третий конденсатор с емкостью С;
9 - заземленная нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ (вывод «земля»)
Работа генератора
1
3
0
1
1
3
При подключении генератора к линии 220 В при разомкнутом ключе 5 в промежутке времени, когда потенциал Фазы А больше потенциала вывода «земля», открыты диоды Д и Д. Конденсатор 4 заряжается до напряжения Е током i(t) no цепи: фаза А, диод Д, вывод «плюс» конденсатора 4, вывод «минус» конденсатора 4, диод Д, вывод «земля».
n
0
Через промежуток времени Δt=4τ конденсатор 4 зарядился полностью до напряжения Е:
n
где τ - постоянная времени зарядной цепи конденсатора 4;
0
m
E=U - амплитуда фазного напряжения 220 В.
0
После полного заряда конденсатора 4 до напряжения Е=310 В генератор будет находиться в устойчивом состоянии.
Исходные данные для расчета генератора:
m
I=38 A - амплитуда тока, вводимого в линию 380 В по схеме «фаза-фаза».
0
f=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
m
4
0
0
Определим значение I с учетом (1) через параметры генератора С, Е, f при замкнутом ключе в первом резонансном контуре, который образован цепью: вывод «плюс» конденсатора 4, ключ 5, воздушная катушка индуктивности 6, вывод «минуса конденсатора 4:
m
1
0
где I=38 A - амплитуда тока i(t) заряда конденсатора 4; Е=310 В согласно (1);
0
f=1950 Гц согласно исходных данных.
Определим величину емкости конденсатора 4 с учетом выражения (3) и исходных данных:
0
2
В момент времени t>0 начинают коммутировать ключ с частотой f. При замкнутом ключе в первом резонансном контуре будет протекать ток i(t) за счет разряда конденсатора 4 по цепи: вывод «плюс» конденсатора 4, ключ 5, катушка индуктивности 6, вывод «минус» конденсатора 4.
2
При протекании тока i(t) через воздушную катушку индуктивности 6 в ней будет запасаться электромагнитная энергия W.
3
0
0
0
0
1
2
В момент времени размыкания ключа t=τ, за счет запасенной электромагнитной энергии W во втором резонансном контуре начнутся свободные колебания тока сигнала i(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 f. При наличии тока i(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 f=1950 Гц, при этом, как известно, образуются İтоки прямой <t/ и обратной İ последовательностей, которые на ДП принимаются двумя фильтрами прямой и обратной последовательностей. «Теоретические основы электротехники» - Издательство «Энергия». Москва 1966 г. - Ленинград, стр.211.
6
Определим величину индуктивности катушки индуктивности 6 - L - 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.
3
0
Определим с учетом выражений (1), (8), (9) правильность выбора значения τ=0,18Т из известного выражения:
3
0
где τ=0,18Т - задано в исходных данных.
m
3
0
Таким образом, сравнивая величину амплитуды тока, которая задана в исходных данных I=38A, с величиной, полученной в (10), делаем вывод, что интервал времени замкнутого положения ключа τ=0,18Т выбран правильно.
Аналитическое выражение тока сигнала, который вводят в линию 380 В, имеет вид
0
св
где ω=ω=1950 Гц частота тока свободных колебаний во втором резонансном контуре;
-δtраз
paз
e - коэффициент затухания тока свободных колебаний в интервале времени t:
paз
t - интервал времени, когда ключ разомкнут:
-4
Определим амплитуду тока свободных колебаний во втором резонансном контуре через промежуток времени 4,2·10 сек, т.е. в момент следующего замыкания ключа, с учетом (10), (12) и (13):
о
Определим среднее значение амплитуды тока сигнала за период Т с учетом выражения (14):
Определим мощность потерь в заявленном генераторе с учетом выражения
индекс «3» относится к заявленному генератору.
0
Коэффициент 0,18 в (16) учитывает, что энергия из линии отбирается только 0,18Т.
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;
m
3
0
I=17 A, R=100 м, τ=0,25Т - параметры прототипа;
0
коэффициент 0,25 в (17) учитывает, что энергия из линии 380 В в прототипе отбирается только 0,25Т.
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)
m
где I=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).