Генератор гутина к.и. - цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в линию электропередачи 380 в по схеме "фаза - земля"

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для передачи сигналов телеуправления с диспетчерского пункта (ДП), установленного на п/с 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. В заявленном генераторе обеспечивается технический результат - нет воздушного трансформатора, а также снижено удельное потребление мощности в 7 раз. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для передачи сигналов телеуправления с диспетчерского пункта (ДП), установленного на п/с 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 C2 7, H04B 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 близким к единице за счет больших габаритов воздушного трансформатора.

2. Генератор затрачивает большую мощность на образование тока сигнала.

Известен также «Генератор Гутина К.И. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи» -патент RU 2224366 C2 7, H04B 3/54 от 20.02.2004 г. Бюл., №5, который принят за ПРОТОТИП.

Данный генератор имеет недостатки АНАЛОГА по пп.1 и 2, а также имеет малый удельный коэффициент, который определяет отношение потребляемой мощности в ваттах на один ампер амплитуды тока сигнала

где

P - потребляемая генератором мощность в ваттах;

I_m - амплитуда тока сигнала, вводимого в линию напряжением 220 В, при передаче сигналов с КП на ДП в амперах.

В заявленном генераторе устранены недостатки ПРОТОТИПА по пп.1 и 2, а также снижен удельный коэффициент γ в 7 раз.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение удельного коэффициента γ.

В результате использования предлагаемого изобретения удельный коэффициент γ снижен в 7 раз.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемый генератор ввода токов сигналов в линию электропередачи 380 В по схеме «фаза - земля», содержащий трансформатор 10/0,4 кВ, трехфазную линию электропередачи 380 В, трехфазный двухполупериодный мост напряжения 380 В частоты 50 Гц, выход которого имеет «плюсовую» и «минусовую» шины, первый конденсатор, второй конденсатор, резистор, управляемый ключ, введена воздушная катушка индуктивности, двухполупериодный выпрямительный мост (мост) напряжения 220 В частоты 50 Гц, собранный из диодов Д₁, Д₂, Д₃, Д₄, выход которого имеет «плюсовую» и «минусовую» шины, при этом первый конденсатор подключен между точками T₁-Т₃ выхода моста, узел 1 моста подключен к фазе А трансформатора 10/0,4 кВ, к катоду диода Д₄, к аноду диода Д₁, узел 2 моста подключен к катоду диода Д₁ и катоду диода Д₂, а также к входу управляемого ключа, второй вход которого является информационным, выход управляемого ключа подключен к первой обкладке третьего конденсатора, а также подключен к первому выводу воздушной катушки индуктивности, второй вывод которой подключен к первой обкладке второго конденсатора, вторая обкладка которого подключена к заземленной нейтрали трансформатора 10/0,4 кВ (⊥), вторая обкладка третьего конденсатора подключена к фазе В трехфазного трансформатора 10/0,4 кВ, узел 3 моста подключен к аноду диода Д₂, к катоду диода Д₃, к ⊥, узел 4 подключен к минусовой шине моста к анодам диодов Д₃ и Д₄.

На чертеже приведена схема заявленного генератора, где

1 - трансформатор 10/0,4 кВ, который установлен на ДП;

2 - низковольтная фаза A трансформатора 10/0,4 кВ;

3 - двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д₁, Д₂, Д₃, Д₄ (мост);

4 - первый конденсатор - (C₄);

5 - управляемый ключ - (ключ);

6 - воздушная катушка индуктивности - (L₆);

7 - второй конденсатор - (C₇);

8 - третий конденсатор - (C₈);

9 - заземленная нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ - (⊥).

Работа генератора

*) Подключим генератор к линии 220 В в момент времени t<0 при разомкнутом ключе в промежутке времени, когда потенциал фазы A больше потенциала ⊥, при этом будут открыты диоды Д₁ и Д₃. Конденсатор С₄ будет заряжаться до напряжения E₀ по цепи: током i₁(t), фаза А, диод Д₁, «плюс» конденсатор C₄, «минус» конденсатор C₄, диод Д_з, ⊥.

*) Через промежуток времени, который равен Δt=4τ_n, считаем, что конденсатор C₄ зарядился полностью до напряжения E₀:

где

τ_n - постоянная времени зарядной цепи конденсатора C₄;

U_m - амплитуда фазного напряжения 220 В.

*) После полного заряда конденсатора C₄ до напряжения E₀=310 В схема генератора будет находиться в устойчивом состоянии.

Исходные данные для расчета генератора

*) I_m=38A - амплитуда тока, вводимого в линию 220 В по схеме «фаза - земля».

*) f₀=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:

*) Определим значение I_m с учетом (1) через параметры генератора C₄, E₀, f₀ при замкнутом ключе в первом резонансном контуре, который образован цепью: «плюс» конденсатор C₄, ключ, воздушная катушка индуктивности L₆, точки Т₂-Т₃, «минус» конденсатор C₄:

где

I_m=38 A ^- амплитуда тока i₁(t) заряда конденсатора C₄,

E_o=310 B - coглacнo (1),

f_o=1950 Гц - согласно исходных данных.

*) Определим величину емкости конденсатора C₄ с учетом выражения (3) и исходных данных:

*) В момент времени t>0 начинают коммутировать ключ с частотой f_o. При замкнутом ключе в первом резонансном контуре будет протекать ток i₂(t) за счет разряда конденсатора C₄ по цепи: «плюс» конденсатор C₄, точка T₁, ключ, катушка индуктивности L₆, точка Т₂, точка Т₃, «минус» конденсатор C₄.

*) При протекании тока i₂(t) через воздушную катушку индуктивности L₆ в ней будет запасаться электромагнитная энергия W.

*) В момент времени размыкания ключа t=τ₃ за счет запасенной электромагнитной энергии W во втором резонансном контуре начнутся свободные колебания тока сигнала i_o(t), который вводят в линию 380 В по цепи: точка Т₂, конденсатор C₇, ⊥, обмотка фазы A трансформатора 10/0,4 кВ, фаза B, точка Т₄, конденсатор С₈, точка T₅, воздушная катушка индуктивности L_6, при этом первый и второй резонансные контуры настроены в резонанс на частоту f₀. При наличии тока i₀(t) сигнала во втором резонансном контуре согласно чертежу фаза B трансформатора 10/0,4 кВ будет замкнута накоротко (К₃) на ⊥ по цепи: точка Т₄, конденсатор C₈, точка Т₅, катушка индуктивности L₆, конденсатор C₇, ⊥. В связи с тем что суммарное сопротивление второго резонансного контура , можем считать, что по указанной выше цепи наступает короткое металлическое замыкание на частоте f₀=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». М.-Л., 1966, стр.211.

*) Определим величину индуктивности катушки индуктивности L₆ с учетом выражения (4):

*) В связи с тем, что конденсаторы C₇ и C₈ соединены последовательно во втором резонансном контуре, емкость каждого из них будет равна:

*) С учетом мощности трансформатора 10/0,4 кВ 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.

*) Определим с учетом выражений (1), (8), (9) правильность выбора значения τ₃=0,18 T₀ из известного выражения:

где τ₃=0,18 T₀ - задано в исходных данных;

Таким образом, сравнивая величину амплитуды тока, которая задана в исходных данных I_m=38 A, с величиной, полученной в (10), делаем вывод, что интервал времени замкнутого положения ключа τ₃=0,18 T₀  выбран правильно.

*) Аналитическое выражение тока сигнала, который вводят в линию 220 В, имеет вид:

где ω_o=ω_св=1950 Гц частота тока свободных колебаний во втором резонансном контуре;

- коэффициент затухания тока свободных колебаний в интервале времени t_раз:

t_раз - интервал времени, когда ключ разомкнут:

*) Определим амплитуду тока свободных колебаний во втором резонансном контуре через промежуток времени , т.е. в момент следующего замыкания ключа, с учетом (10), (12) и (13):

Определим среднее значение амплитуды тока сигнала за период t_o с учетом выражения (14):

*) Определим мощность потерь в заявленном генераторе с учетом выражения (9):

где

индекс «З» - относится к заявленному генератору.

Коэффициент 0,18 в (16) учитывает, что энергия из линии 220 В отбирается только 0,18 T_о.

*) 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.

I_m=17 A, R=100 м, τ₃=0,25 Т₀ параметры ПРОТОТИПА.

Коэффициент 0,25 в (17) учитывает, что энергия из линии 380 В в

ПРОТОТИПЕ отбирается только 0,25 T_0.

*) 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)

Определим во сколько раз у заявленного генератора γ меньше, чем у прототипа:

Генератор ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи по схеме «фаза - заземленная нейтраль», содержащий трансформатор, первый, второй конденсаторы, управляемый ключ, отличающийся тем, что в него введены третий конденсатор, воздушная катушка индуктивности, двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д₁, Д₂, Д₃, Д₄, при этом низковольтная обмотка фазы А трансформатора подключена к первому узлу моста, к катоду диода Д₄, к аноду диода Д₁, катод диода Д₁ подключен ко второму узлу моста, к катоду диода Д₂, анод которого подключен к третьему узлу, к заземленной нейтрали, к катоду диода Д₃, анод которого подключен к четвертому узлу моста, к аноду четвертого диода, первый конденсатор подключен между вторым и четвертым узлами моста, при этом «плюс» первого конденсатора подключен ко второму узлу 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 к четвертому узлу моста и к первой обкладке второго конденсатора, вторая обкладка которого подключена к заземленной нейтрали.