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" - "ФАЗА"
METHOD BY MR KI GUTIN AND MR SA TSAGAREYSHVILI OF INPUT OF SIGNAL CURRENTS TO 0,4 kV THREE-PHASE POWER TRANSMISSION LINE AS PER "PHASE-EARTH" DIAGRAM WITH "PHASE-PHASE" POWER SOURCE

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 Н04В 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.
0
1
0
3
0
Технический результат достигается тем, что в способе ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи 0,4 кВ по схеме «Фаза»-«Земля» с источником питания «Фаза»-«Фаза», в соответствии с которым протекает ток по цепи: фаза А, вход трехфазного двухполупериодного выпрямительного моста, плюсовая шина выхода моста, вторая катушка воздушного трансформатора, резистор, замкнутый ключ в промежутке времени 0≤t<0,25 T, минусовая шина моста, фаза В, провод «Земля», при протекании тока по цепи фаза А - катушка - диод Д двухфазного двухполупериодного выпрямительного моста - замкнутый ключ в промежутке времени 0≤t≤0,08 T, диод Д, фаза В, провод «Земля» накапливают электромагнитную энергию W в катушке, в момент времени размыкания ключа за счет энергии W в резонансном контуре, который настроен на частоту f, начинаются свободные затухающие колебания тока сигнала
0
m
0
-8t
i=I·cosωt·ℓ
1
2
0
0
по цепи фаза А - катушка - первый конденсатор - провод «Земля», при этом в линии 0,4 кВ получают токи прямой - I и обратной - I последовательностей на частоте f, которые трансформируют в линию 10 кВ, где будут приняты фильтрами прямой и обратной последовательности, которые настроены на частоту f в пункте приема, где
m
I - амплитуда тока сигнала,
0
0
ω=2πf - угловая частота,
0
f - частота тока сигнала,
- период частоты тока сигнала,
-δt
m
ℓ - коэффициент затухания амплитуды тока I,
L4
R - активное сопротивление катушки,
4
L - индуктивность катушки,
- энергия, которая была накоплена в катушке 4 в момент времени размыкания ключа.
0
0
1
2
0
Результат достигается тем, что в трехфазную линию 0,4 кВ вводят токи сигнала i с помощью резонансного контура, который состоит из катушки, первого конденсатора, провода «Земля» и низковольтной фазы А, трансформатора 10/0,4 кВ, токи сигнала i трансформируют в линию 10 кВ, при этом получают два тока: прямой - I и обратной - I последовательностей, которые в пункте приема принимают на фильтры прямой и обратной последовательности, которые настроены на частоту f.
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
4. Воздушная катушка индуктивности (катушка), ее индуктивность равна - L;
5
5. Первый конденсатор, его емкость равна - C;
6. Двухполупериодный выпрямительный мост;
7
7. Второй электролитический конденсатор (второй конденсатор), его емкость равна - C;
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 17А, при этом коэффициент трансформации воздушного трансформатора равен единице.
Мощность потребления в прототипе с учетом допущений равна:
m
где I=17А - амплитуда тока прототипа через замкнутый ключ в момент времени его размыкания;
9
R=10 Ом - сопротивление резистора 9;
пр
0
τ=0,25 T - длительность замкнутого положения ключа генератора прототипа.
0
- период частоты f прототипа.
пр
пр
0
В связи с тем, что энергия из сети 0,4 кВ потребляется только в интервале времени τ, когда ключ замкнут, в выражении (1) введен коэффициент 0,25, так как ключ замкнут на время τ=0,25 T.
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 катушки 4.
Работа заявленного генератора
0
Значение величин индуктивности катушки 4 и емкости конденсатора 5 выбраны из условия резонанса в колебательном контуре по цепи катушка 4 - конденсатор 5 - провод «Земля» на частоте f=1000 Гц при разомкнутом ключе, при этом индуктивностью обмоток и активными сопротивлениями трансформатора пренебрегаем в связи с их малостью.
Определим емкость второго конденсатора 7 из выражения:
откуда следует:
1
1
0
В момент времени t 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 второй конденсатор 7 током i по цепи фаза А - катушка 4 - диод 1 - «плюс» конденсатор 7 - «минус» конденсатор 7 - диод 3 - фаза В - провод «Земля». Конденсатор 7 будет заряжаться до напряжения E:
0
где E - амплитуда напряжения 380 В.
0
После заряда конденсатора 7 до напряжения E схема генератора будет находиться в устойчивом состоянии.
2
1
0
0
1
0
В момент времени t>t начинают коммутировать ключ с частотой f при замыкании ключа на время τ=0,08 T, при этом через него будет протекать ток по цепи фаза А - катушка 4 - диод 1 - ключ - диод 3 - фаза В - провод «Земля». Одновременно будет протекать ток разряда конденсатора 7 по цепи «плюс» конденсатор 7 - ключ диод 3 - фаза В - провод «Земля», а также будет протекать ток подзаряда конденсатора 7 по цепи его заряда током i, при этом ток заряда равен току разряда, которые равны между собой и направлены навстречу друг другу, поддерживая напряжение на обкладках конденсатора 7, равным E.
0
Определим амплитуду тока через ключ в момент времени размыкания ключа с учетом (2), (5), (6), (9) и принятом значении τ=0,08 T из выражения:
0
4
0
4
-3
где E=536 В; R=1,58 Ом; τ=0,08 T; L=2,52·10 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:
0
m
Таким образом, цель, поставленная изобретением, достигнута, так как мощность потребления заявленного генератора из сети 0,4 кВ снижена в 20 раз без применения воздушного трансформатора. При этом необходимо отметить, что мощность трансформатора 10/0,4 кВ, частота токов f, амплитуда тока I через ключ в момент его размыкания в ПРОТОТИПЕ и заявленном генераторе приняты равными между собой.