СПОСОБ ВВОДА ТОКОВ СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНУЮ ЛИНИЮ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
INPUT METHOD OF CURRENTS OF SIGNALS TO THREE-PHASE POWER TRANSMISSION LINE

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных линий электропередачи (0,4-3 5) кВ без обработки их высокочастотными заградителями.
Известен пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть (патент РФ №2224363, опубл. 20.02.2004, бюл. №5). Недостатками данного способа являются большая мощность, потребляемая из линии 0,4 кВ; наличие воздушного трансформатора, который развязывает цепи линии 0,4 кВ от цепей выпрямляемого постоянного напряжения трехфазным двухполупериодным мостом.
Известен также способ ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, который реализован в генераторе Гутина К.И. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, который принят за прототип (патент РФ №2224366, опубл. 20.02.2004, бюл. №5). Недостатком данного способа являются большая мощность, потребляемая из линии 0,4 кВ; наличие воздушного трансформатора, который развязывает цепи линии 0,4 кВ от цепей выпрямленного постоянного напряжения мостом. Следует отметить, что в воздушном трансформаторе трудно технологически получить коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками близким к единице.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение потребляемой мощности из сети 0,4 кВ в 2,8 раза.
m
Достигаемый технический результат - снижение потребляемой мощности из сети 0,4 кВ в 2,8 раза без применения воздушного трансформатора. Амплитуды тока сигнала, вводимого в фазы В и С линии 0,4 кВ, для сравнения в прототипе и предлагаемом способе приняты одинаковыми и равными I=17 А.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, в соответствии с которым запасают электромагнитную энергию
в катушке индуктивности при токе
0
0
0
2
0
св
по цепи низковольтная обмотка трансформатора фазы А - трехфазный выпрямительный двухполупериодный мост, резистор, ключ, катушка индуктивности, трехфазный выпрямительный двухполупериодный мост, низковольтная обмотка трансформатора 10/0,4 кВ фазы В, при замкнутом положении ключа, который коммутируют с частотой f, в трехфазную линию электропередачи вводят ток сигнала в низковольтные обмотки трансформатора фаз В и С через последовательный резонансный контур, образованный первым конденсатором, низковольтной обмоткой трансформатора фазы С, низковольтной обмоткой трансформатора фазы В, вторым конденсатором, катушкой индуктивности, при этом за счет запасенной электромагнитной энергии W в катушке индуктивности, в резонансном контуре в промежутке времени 0,18T≤t≤T, при разомкнутом ключе, образуют ток свободных колебаний i(t) на частоте ω=ω, который равен
,
0
при этом последовательный резонансный контур настроен в резонанс на частоту тока сигнала f, где:
где
2
0
- амплитуда тока i(t), в момент времени размыкания ключа, который равен t=0,18T,
L - индуктивность воздушной катушки индуктивности,
1
2
C=C=C,
Σ
где С - резонансное значение емкости резонансного контура,
- постоянная составляющая выпрямленного двухполупериодного трехфазного напряжения 0,4 кВ частоты 50 Гц,
R - сопротивление резистора, при этом индуктивностями обмоток трансформатора фаз А, В, С пренебрегают в связи с их малостью по сравнению с индуктивностью катушки индуктивности, также пренебрегают активными сопротивлениями обмоток трансформатора в связи с их малостью по сравнению с сопротивлением резистора R,
1
2
С и C соответственно емкости первого и второго конденсаторов,
0
св
0
ω=ω=2πf - угловая частота тока свободных колебаний в последовательном резонансном контуре.
- период частоты тока сигнала,
-δt
0
0
е - коэффициент затухания тока сигнала в промежутке времени 0,18T≤t≤T при разомкнутом ключе.
На чертеже приведена схема генератора, которая реализует заявленное техническое предложение:
1. Трансформатор 10/0,4 кВ - (трансформатор);
2. Трехфазная линия электропередачи 10 кВ;
3. Трехфазная линия электропередачи 0,4 кВ;
4. Трехфазный двухполупериодный выпрямительный мост;
5. Воздушная катушка индуктивности;
6. Первый конденсатор;
7. Второй конденсатор;
8. Резистор;
9. Управляемый ключ;
10. Блок управления.
Определим мощность потребления из линии 0,4 кВ в прототипе, при этом активными сопротивлениями обмоток трансформатора 10/0,4 кВ, активными сопротивлениями первичной и вторичной 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 принимаем, что коэффициент трансформации воздушного трансформатора равен единице.
Мощность потребления в прототипе с учетом допущений, принятых выше равна:
m
9
где I=17 А - амплитуда тока, вводимого в фазы В и С линии 0,4 кВ, R=10 Ом - сопротивление резистора.
0
Коэффициент 0,25 в (1) соответствует времени замкнутого положения ключа, который замкнут 0,25 Т, при этом потребляется мощность из линии 0,4 кВ.
1
Генератор в соответствии с предложенным способом работает следующим образом: при потенциале фазы А больше, чем потенциал фазы В открыты диоды 1, 5 моста 4. При замкнутом ключе 9 ток протекает по цепи: фаза А низковольтной обмотки трансформатора - диод Д - резистор 8 - ключ 9 - воздушная катушка индуктивности 5 - диод Д5 - фаза В низковольтной обмотки трансформатора.
При протекании тока через воздушную катушку индуктивности 9 в ней будет накапливаться электромагнитная энергия, которая в момент времени размыкания ключа равна:
где
m
I - амплитуда тока в момент времени размыкания ключа 9,
L - индуктивность воздушной катушки индуктивности 5.
Алгоритм работы ключа принят следующим:
где
τ - интервал времени замкнутого положения ключа;
- период частоты тока сигнала;
0
f - частота тока сигнала, вводимого в фазы В и С линии 0,4 кВ.
0
В момент времени t=0,18T ключ размыкают, при этом за счет накопленной электромагнитной энергии в воздушной катушке индуктивности 5 возникает ток свободных колебаний в колебательном контуре по цепи:
катушка индуктивности 5 - конденсатор 6 - фаза С низковольтной обмотки трансформатора - фаза В низковольтной обмотки трансформатора - конденсатор 7 - катушка индуктивности 5.
0
Элементы колебательного контура имеют величины, соответствующие резонансу на частоте f, где емкости первого и второго конденсаторов 6, 7
1
2
-6
C=C=10·10Ф;
индуктивность воздушной катушки индуктивности 5 равна:
-3
L=5·10 Гн.
0
0
Колебательный контур настроен в резонанс на частоту тока сигнала f=1000T при условии:
где
1
2
C=C=C;
Σ
С - емкость колебательного контура;
L - индуктивность колебательного контура.
1
2
к
В связи с тем, что конденсаторы C и C включены последовательно, емкость колебательного контура С равна:
-3
С учетом (4) индуктивность контура равна 5·10 Гн.
Определим амплитуду тока, который вводят в фазы В и С линии 0,4 кВ:
где
0
Е=512 В - постоянная составляющая выпрямленного трехфазного двухполупериодного напряжения при разложении его в ряд Фурье,
R=5 Ом
-3
L=5·10Гн - индуктивность катушки 5.
Таким образом, амплитуды токов, вводимых в фазы В и С, в прототипе и в заявке равны.
Определим мощность потребления в заявке по аналогии с прототипом (1)
где
m
8
I=17 A - амплитуда тока, вводимого в фазы В и С линии 0,4 кВ, R=5 Ом - сопротивление резистора 8.
Коэффициент 0,18 в (7) соответствует времени замкнутого положения ключа, когда потребляется энергия из сети 0,4 кВ.
Таким образом, в заявленном генераторе с учетом выражений (1) и (7) можно утверждать, что мощность потребления в заявке меньше в 360/130·2,8 раза при отсутствии воздушного трансформатора, как это было а прототипе.
Полученный результат является выполнением цели, поставленной в заявленном техническом предложении.