СПОСОБ ГУТИНА К.И.-ЦАГАРЕЙШВИЛИ С.А. ВВОДА ТОКОВ СИГНАЛОВ В ЛИНИЮ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 220В ПО СХЕМЕ "ФАЗА-ЗЕМЛЯ"
METHOD OF INPUT OF SIGNAL CURRENTS TO POWER TRANSMISSION LINE 220V AS PER "PHASE-EARTH" CIRCUIT BY MR KI GUTIN - MR SA TSAGAREYSHVILI

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, cos γ, показаний счетчиков электроэнергии потребителей.
Известен «Пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть», патент RU 2224363 С2, 7 Н04В 3/54 от 20.02.2004 г. 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 воздушного трансформатора;
2. Большая мощность потребления при образовании тока, вводимого в линию 380 В.
Известен также «Способ Гутина К.И. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи», который принят за прототип (Патент RU 2224365 С2, 7 Н04В 3/54 от 20.02.2004 г. Бюл. №5). Данный способ имеет недостатки аналога п.п.1 и 2, 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 способе устранены недостатки прототипа по п.п.1 и 2, а также снижен удельный коэффициент γ в 7 раз.
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 величиной емкости С;
5 - управляемый ключ;
6
6 - воздушная катушка индуктивности с величиной индуктивности L;
7
7 - второй конденсатор с величиной емкости С;
8
8 - третий конденсатор с величиной емкости C;
9 - заземленная нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ.
1
3
1
0
1
3
При подключении генератора к линии 220 В при разомкнутом ключе в промежутке времени, когда потенциал фазы А больше потенциала вывода «земля», открыты диоды Д и Д. Конденсатор 4 заряжается током i(t) до напряжения Е по цепи: фаза А, диод Д, вывод «плюс» выпрямительного моста, конденсатор 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;
m
U - амплитуда фазного напряжения 220 В.
0
После полного заряда конденсатора 4 до напряжения Е=310 В схема генератора будет находиться в устойчивом состоянии.
Исходные данные для расчета генератора:
m
I=38 А - амплитуда тока, вводимого в линию 220 В по схеме «Фаза - Земля»;
c
f=1950 Гц частота тока сигнала.
- интервал времени замкнутого положения ключа.
S=400 кВА - мощность трансформатора 10/0,4 кВ.
Известное равенство энергий: запасаемой в катушке индуктивности и электрической энергии - в конденсаторе, при резонансе, имеет вид:
m
6
4
0
0
Значение I при замкнутом ключе в первом резонансном контуре, который образован цепью: «плюс» конденсатора 4, ключ, воздушная катушка индуктивности L, «минус» конденсатора 4 с учетом (1) определяется через параметры генератора C, E, f по формуле:
m
1
где: I=38 A - амплитуда тока i(t) заряда конденсатора 4;
0
Е=310 В - согласно (1);
0
f=1950 Гц - согласно исходных данных.
4
Величина емкости конденсатора 4 (С) рассчитывается с учетом выражения (3) и исходных данных по формуле:
0
В момент времени t>0 начинают коммутировать ключ с частотой f.
2
При замкнутом ключе - в первом резонансном контуре будет протекать ток i(t) за счет разряда конденсатора 4 по цепи: вывод «плюс» выпрямительного моста, ключ 5, катушка индуктивности 6, конденсатор 4, вывод «минус» выпрямительного моста.
2
При протекании тока i(t) через воздушную катушку индуктивности 6 в ней будет запасаться электромагнитная энергия W.
3
0
7
0
0
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 220 В по цепи: вывод «минус» выпрямительного моста, конденсатор C, вывод «земля», обмотка фазы В трансформатора 10/0,4 кВ, 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 согласно чертежу, фаза В трансформатора 10/0,4 кВ будет замкнута накоротко на землю по цепи: конденсатор 8, катушка индуктивности 6, конденсатор 7, земля. В связи с тем что суммарное сопротивление второго резонансного контура , можем считать, что по указанной выше цепи наступает короткое металлическое замыкание на частоте 1950 Гц, при этом, как известно, образуются токи прямой  и обратной  последовательностей, которые на ДП принимаются двумя фильтрами прямой и обратной последовательностей. «Теоретические основы электротехники» - Издательство «Энергия». Москва, 1966 г. - Ленинград, стр.211.
Величину индуктивности катушки индуктивности 6 можно определить по формуле 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 обмотка фазы В будет иметь индуктивность, которая равна:
Суммарную индуктивность второго резонансного контура можно определить по формуле:
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=0,18 Т из известного выражения:
3
0
где: τ=0,18 Т - задано в исходных данных.
m
3
0
Таким образом, сравнивая величину амплитуды тока, которая задана в исходных данных I=38 А, с величиной, полученной в (10), делаем вывод, что интервал времени замкнутого положения ключа τ=0,18 Т выбран правильно.
Аналитическое выражение тока сигнала, который вводят в линию 220 В, имеет вид:
0
св
где: ω=ω=1950 Гц - частота тока свободных колебаний во втором резонансном контуре;
раз
- коэффициент затухания тока свободных колебаний в интервал времени t;
- коэффициент, характеризующий степень затухания.
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):
0
Определим среднее значение амплитуды тока сигнала за период Т с учетом выражения (14):
Определим мощность потерь в заявленном генераторе с учетом выражения (9):
где:
индекс «3» относится к заявленному генератору.
0
Коэффициент 0,18 в (16) учитывает, что энергия из линии 220 В отбирается только 0,18 Т.
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=0,25 Т - параметры прототипа.
0
Коэффициент 0,25 в (17) учитывает, что энергия из линии 380 В в прототипе отбирается только 0,25 Т.
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, технический результат изобретением достигнут, при этом в заявленном генераторе нет воздушного трансформатора, а удельное потребление мощности снижено в 7 раз согласно выражению (20).