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" - "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-PHASE" 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 H04B 3/54. Бюл. №5, 2004 г., который имеет те же недостатки, что и аналог.
Целью изобретения является снижение мощности потребления генератором по сравнению с ПРОТОТИПОМ без применения воздушного трансформатора.
0
0
1
2
0
Данная цель достигается тем, что в трехфазную линию 0,4 кВ вводят токи сигнала i с помощью резонансного контура, который состоит из катушки 4, конденсатора 5, 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. Первая воздушная катушка индуктивности (катушка), ее индуктивность равна - L.
5
5. Первый конденсатор, его емкость равна - C.
6. Двухполупериодный выпрямительный мост.
7
7. Второй конденсатор, его емкость равна - C.
8
8. Вторая катушка, ее индуктивность равна - L.
9
9. Третий конденсатор, его емкость равна - С.
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 17 А, при этом коэффициент трансформации воздушного трансформатора равен единице.
Мощность потребления в прототипе с учетом допущений равна:
m
где I=17 А - амплитуда тока прототипа через замкнутый ключ в момент времени его размыкания;
9
R=10 Ом - сопротивление резистора;
пр
0
τ=0,25Т - 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=0,25Т.
Исходные данные для расчета генератора
Частота информационных 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
0
Значение величин индуктивности катушки 4 и емкости конденсатора 5 выбраны из условия резонанса в колебательном контуре по цепи: катушка 4 - конденсатор 5 - фаза В - провод «Земля» на частоте f=1000 Гц при разомкнутом ключе, при этом индуктивностью обмоток и активными сопротивлениями трансформатора пренебрегаем в связи с их малостью.
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:
8
9
Определим частоту тока в резонансном контуре (L-C), который затухает по экспоненте:
1
1
3
1
0
В момент времени t, когда потенциал фазы А будет больше потенциала фазы В, тогда будут открыты диоды Д и Д, подключим генератор к линии 0,4 кВ, при этом начнет заряжаться конденсатор 7 током i по цепи: фаза А - катушка 4 - диод 1 - «плюс» конденсатор 7 - «минус» конденсатор 7 - диод 3 - фаза C - провод «Земля». Конденсатор 7 будет заряжаться до напряжения Е:
0
где Е - амплитуда напряжения 380 В.
0
После заряда конденсатора 7 до напряжения Е схема генератора будет находиться в устойчивом состоянии.
2
1
0
0
2
1
0
В момент времени t>t начинают коммутировать ключ с частотой f при замыкании ключа на время τ=0,08Т, при этом через него будет протекать ток i по цепи: фаза А - катушка 4 - диод 1 - катушка 8 - ключ - диод 3 - фаза C - 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 i, при этом ток заряда равен току разряда, которые равны между собой и направлены навстречу друг другу, поддерживая напряжение на обкладках конденсатора 7 равным Е.
0
Определим амплитуду тока через ключ в момент времени размыкания ключа с учетом (2), (7), (8), (9) и принятом значении τ=0,08Т из выражения:
0
Σ
0
Σ
-3
где В=536 В; R=1,58 Ом; τ=0,08Т; 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 использования 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.