RU2421907C1 - GENERATOR 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 - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity. ^ SUBSTANCE: invention is intended to supply telecontrol signals from dispatch station (DS) installed at 35/10/0.4 kV communication station to distributed controlled stations (CS) which are connected to 0.4 kV power transmission lines. Signals of remote indication of position of controlled switches and signals of remote measurements, which contain information on values of currents, voltages, coså, and readings of metres of electric energy of consumers, are transmitted from CS to DS. ^ EFFECT: reducing generator power consumption. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных линий электропередачи (0,4-35) кВ без обработки их высокочастотными заградителями.The invention relates to the field of electrical engineering and can find application in organizing communication channels using three-phase power lines (0.4-35) kV without processing them with high-frequency chokes.

Известен «Генератор Цагарейшвили С.А. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть». RU 2224370 С2 от 20.02.2004 г., Бюл. №5. Данный генератор имеет недостатки: большую мощность потребления из линии 0,4 кВ, а также наличие трех воздушных трансформаторов.The famous "Generator Tsagareishvili S.A. input signal currents into a three-phase electric network. " RU 2224370 C2 dated 02.20.2004, Bull. No. 5. This generator has disadvantages: high power consumption from the 0.4 kV line, as well as the presence of three air transformers.

Известен также «Генератор Гутина К.И. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи», который принят за прототип. RU 2224366 от 20.02.2004 г. Бюл. №5. Недостатками прототипа являются:Also known "Generator Gutina K.I. input signal currents into a three-phase power line ", which is taken as a prototype. RU 2224366 dated 02.20.2004, Bull. No. 5. The disadvantages of the prototype are:

1. Большая мощность, потребляемая генератором из линии 0,4 кВ.1. Large power consumed by the generator from the 0.4 kV line.

2. Наличие воздушного трансформатора, который развязывает цепи линии 0,4 кВ от цепей выпрямленного постоянного напряжения трехфазным мостом (мост). Следует отметить, что в воздушном трансформаторе трудно технологически получить коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками, близкими к единице, из-за больших габаритов.2. The presence of an air transformer that decouples the 0.4 kV line circuit from the rectified DC voltage circuits by a three-phase bridge (bridge). It should be noted that in an air transformer it is difficult to technologically obtain a coupling coefficient between the primary and secondary windings close to unity, due to the large dimensions.

Задачей изобретения является снижение мощности потребления генератором из линии 0,4 кВ без применения воздушного трансформатора. Генератор прототипа имеет первый конденсатор, управляемый ключ, блок управления.The objective of the invention is to reduce the power consumption of the generator from the 0.4 kV line without the use of an air transformer. The prototype generator has a first capacitor, a controlled key, a control unit.

Технический результат достигается тем, что в генератор ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи 0,4 кВ по схеме «Фаза»-«Фаза» с источником питания «Фаза»-«Фаза», содержащий трехфазный трансформатор 10/0,4 кВ (трансформатор), трехфазную линию электропередачи 0,4 кВ (линия 0,4 кВ), блок управления, управляемый ключ, первый конденсатор, введены воздушная катушка индуктивности (катушка), двухфазный двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д₁, Д₂, Д₃, Д₄, при этом первый вывод катушки подключен к фазе А трансформатора, второй вывод катушки подключен к первой обкладке первого конденсатора, к аноду первого диода, к катоду четвертого диода, вторая обкладка первого конденсатора подключена к фазе В, к заземленной нейтрали трансформатора (провод «Земля»), катод первого диода подключен к катоду второго диода, к первой обкладке второго конденсатора, к первому входу ключа, вторая обкладка второго конденсатора подключена к выходу ключа, к анодам третьего и четвертого диодов, катод третьего диода подключен к аноду второго диода, к фазе С, к проводу «Земля», блок управления подключен ко второму входу ключа.The technical result is achieved by the fact that the generator input currents of signals into a three-phase power line 0.4 kV according to the scheme "Phase" - "Phase" with a power source "Phase" - "Phase", containing a three-phase transformer 10 / 0.4 kV (transformer ), a three-phase power line 0.4 kV (0.4 kV line), a control unit, a controlled key, a first capacitor, an air inductor (coil), a two-phase two-half-wave rectifier bridge assembled on diodes D ₁ , D ₂ , D ₃ , D ₄ , while the first output of the coil is connected to phase A transformer a, the second output of the coil is connected to the first lining of the first capacitor, to the anode of the first diode, to the cathode of the fourth diode, the second lining of the first capacitor is connected to phase B, to the grounded neutral of the transformer (Earth wire), the cathode of the first diode is connected to the cathode of the second diode , to the first plate of the second capacitor, to the first input of the key, the second plate of the second capacitor is connected to the output of the key, to the anodes of the third and fourth diodes, the cathode of the third diode is connected to the anode of the second diode, to phase C, to the ground wire, block board connected to the second key input.

Результат достигается тем, что введены двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д₁, Д₂, Д₃, Д₄, второй электролитический конденсатор (второй конденсатор), воздушная катушка индуктивности (катушка), при этом первый вывод катушки подключен к фазе А трансформатора, второй вывод катушки подключен к первой обкладке первого конденсатора, к аноду первого диода, к катоду четвертого диода, вторая обкладка первого конденсатора подключена к фазе В, катод первого диода подключен к катоду второго диода, к первой обкладке второго конденсатора, к первому входу ключа, вторая обкладка второго конденсатора подключена к выходу ключа, к анодам третьего и четвертого диодов, катод третьего диода подключен к аноду второго диода, к фазе С, блок управления подключен ко второму входу ключа.The result is achieved by introducing a half-wave rectifier bridge assembled on diodes D ₁ , D ₂ , D ₃ , D ₄ , a second electrolytic capacitor (second capacitor), an air inductor (coil), while the first output of the coil is connected to phase A of the transformer , the second output of the coil is connected to the first plate of the first capacitor, to the anode of the first diode, to the cathode of the fourth diode, the second plate of the first capacitor is connected to phase B, the cathode of the first diode is connected to the cathode of the second diode, to the first plate of the second capacitor, to the first key entry, the second plate of the second capacitor is connected to the output of the key, to the anodes of the third and fourth diode, the third diode cathode is connected to the anode of the second diode, to the C phase, the control unit is connected to the second input key.

На чертеже приведена схема генератора, которая реализует заявленное техническое предложение.The drawing shows a diagram of a generator that implements the claimed technical proposal.

1. Трехфазный трансформатор 10/04 кВ (трансформатор), который имеет низковольтные фазы А, В, С.1. Three-phase transformer 10/04 kV (transformer), which has a low-voltage phase A, B, C.

2. Трехфазная линия электропередачи 10 кВ.2. Three-phase power line 10 kV.

3. Трехфазная линия электропередачи 0,4 кВ (линия 0,4 кВ).3. Three-phase power line 0.4 kV (line 0.4 kV).

4. Воздушная катушка индуктивности (катушка), ее индуктивность равна L₄.4. Air inductor (coil), its inductance is equal to L ₄ .

5. Первый конденсатор, его емкость равна C₅.5. The first capacitor, its capacity is equal to C ₅ .

6. Двухполупериодный выпрямительный мост.6. Half-wave rectifier bridge.

7. Второй конденсатор, его емкость равна C₇.7. The second capacitor, its capacity is equal to C ₇ .

8. Управляемый ключ (ключ).8. Managed key (key).

9. Блок управления.9. The control unit.

10. Заземленная нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ (провод «земля»).10. Grounded neutral of the transformer 10 / 0.4 kV (wire "ground").

Определим мощность потребления генератором прототипа из линии 0,4 кВ, при этом для простоты изложения активными сопротивлениями и индуктивностью обмоток воздушного трансформатора пренебрегаем.We determine the power consumption by the prototype generator from the 0.4 kV line, while for simplicity of presentation, we neglect the active resistances and inductance of the windings of the air transformer.

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.From the description of the prototype it follows that the amplitude of the current flowing along the circuit: bridge, primary winding of the air transformer, resistor, key, bridge, is 17 A, while the transformation coefficient of the air transformer is unity.

Мощность потребления в прототипе с учетом допущений равнаThe power consumption in the prototype, subject to assumptions, is

где I_m=17 A - амплитуда тока прототипа через замкнутый ключ в момент времени его размыкания;where I _m = 17 A is the amplitude of the prototype current through the closed key at the time of its opening;

R₉=10 Ом - сопротивление резистора;R ₉ = 10 Ohm - resistor resistance;

τ_пр=0,25 Т₀ - длительность замкнутого положения ключа генератора прототипа.τ _CR = 0.25 T ₀ - the duration of the closed position of the key generator of the prototype.

- период частоты f₀ прототипа.

- the period of frequency f _{0 of the} prototype.

В связи с тем, что энергия из сети 0,4 кВ потребляется только в интервале времени τ_пр, когда ключ замкнут, в выражение (1) введен коэффициент 0,25, так как ключ замкнут на время τ_пр=0,25 Т₀.Due to the fact that energy from the 0.4 kV network is consumed only in the time interval τ _pr , when the key is closed, a coefficient of 0.25 is entered into expression (1), since the key is closed for the time τ _pr = 0.25 T ₀ .

Исходные данные для расчета генератораInitial data for the calculation of the generator

Частота информационных токов, вводимых в линию 0,4 кВ, равнаThe frequency of information currents introduced into the 0.4 kV line is

Мощность трансформатора, который запитывает генератор, равнаThe power of the transformer that powers the generator is

Емкость конденсатора 5 равнаCapacitor 5 capacity is

Индуктивность катушки 4 равнаThe inductance of coil 4 is

Активное сопротивление катушки 4 равноThe active resistance of coil 4 is

где Q=10 - добротность катушки 4.where Q = 10 is the quality factor of the coil 4.

Работа заявленного генератораThe claimed generator

Значение величин индуктивности катушки 4 и емкости конденсатора 5 выбраны из условия резонанса тока i₀ в колебательном контуре по цепи: катушка 4 - конденсатор 5 - фаза В - провод «Земля» на частоте f₀=1000 Гц при разомкнутом ключе, при этом индуктивностью обмоток и активными сопротивлениями трансформатора пренебрегаем в связи с их малостью.The values of the inductance of coil 4 and the capacitance of capacitor 5 are selected from the condition of current resonance i ₀ in the oscillatory circuit: circuit 4 - capacitor 5 - phase B - wire "Earth" at a frequency f ₀ = 1000 Hz with an open key, while the winding inductance and neglect the active resistances of the transformer due to their smallness.

Определим емкость конденсатора 7 из выраженияWe determine the capacitance of the capacitor 7 from the expression

откуда следует:whence follows:

В момент времени t₁, когда потенциал фазы А будет больше потенциала фазы В, тогда будут открыты диоды Д₁ и Д₃, подключим генератор к линии 0,4 кВ, при этом начнет заряжаться конденсатор 7 током i₁ 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 E₀ At time t ₁ , when the potential of phase A is greater than the potential of phase B, then the diodes D ₁ and D ₃ will be open, we will connect the generator to the 0.4 kV line, and capacitor 7 will begin to be charged with current i ₁ along the circuit: phase A - coil 4 - diode 1 - "plus" capacitor 7 - "minus" capacitor 7 - diode 3 - phase B - wire "Earth". The capacitor 7 will be charged to a voltage of E ₀

где E₀ - амплитуда напряжения 380 В.where E ₀ is the voltage amplitude of 380 V.

После заряда конденсатора 7 до напряжения E₀ схема генератора будет находиться в устойчивом состоянии.After charging the capacitor 7 to a voltage of E ₀ , the generator circuit will be in a stable state.

В момент времени t₂>t₁ начинают коммутировать ключ с частотой f₀ при замыкании ключа на время τ=0,08 T₀, при этом через него будет протекать ток i₂ по цепи: фаза А - катушка 4 - диод 1 - ключ - диод 3 - фаза С - провод «Земля». Одновременно будет протекать ток разряда конденсатора 7 по цепи: «плюс» конденсатор 7 - ключ - диод Д₃ - фаза С - провод «Земля», а также будет протекать ток подзаряда конденсатора 7 по цепи его заряда током i₁, при этом ток заряда равен току разряда, которые равны между собой и направлены навстречу друг другу, поддерживая напряжение на обкладках конденсатора 7 равным E₀.At time t ₂ > t ₁ , the key begins to commute with a frequency f ₀ when the key is closed for a time τ = 0.08 T ₀ , and current i ₂ will flow through it through the circuit: phase A - coil 4 - diode 1 - key - diode 3 - phase C - wire "Earth". At the same time, the discharge current of capacitor 7 will flow through the circuit: “plus” capacitor 7 — key — diode D ₃ — phase C — wire “Earth”, and the charging current of capacitor 7 will flow through its charge circuit with current i ₁ , while the charge current equal to the discharge current, which are equal to each other and directed towards each other, maintaining the voltage across the plates of the capacitor 7 equal to E ₀ .

Определим амплитуду тока через ключ в момент времени размыкания ключа с учетом (2), (5), (6), (9) при принятом значении τ=0,08 T₀ из выраженияWe determine the amplitude of the current through the key at the time of opening the key, taking into account (2), (5), (6), (9) at the adopted value τ = 0.08 T ₀ from the expression

где E₀=536 В; R₄=1,58 Ом; τ=0,08 T₀; L₄=2,52·10^-3 Гн.where E ₀ = 536 V; R ₄ = 1.58 ohms; τ = 0.08 T ₀ ; L ₄ = 2.52 · 10 ^-3 G.

Определим мощность потерь из сети 0,4 кВ заявленного генератора по аналогии с выражением (1)Define the power loss from the network of 0.4 kV of the claimed generator by analogy with the expression (1)

Определим с учетом (1), во сколько раз снизилась мощность потребления из сети 0,4 кВ при использовании заявленного генератораLet us determine, taking into account (1), how many times the power consumption from the 0.4 kV network decreased when using the claimed generator

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 f₀, амплитуда тока I_m через ключ в момент его размыкания в прототипе и заявленном генераторе приняты равными между собой.Thus, the goal set by the invention has been achieved, since the power consumption of the inventive generator from the 0.4 kV network has been reduced by 20 times without the use of an air transformer. It should be noted that the power of the transformer 10 / 0.4 kV, the frequency of the currents f ₀ , the amplitude of the current I _m through the key at the time of its opening in the prototype and the claimed generator are taken equal to each other.

Claims (1)

Генератор ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи 0,4 кВ по схеме «Фаза» - «Фаза» с источником питания «Фаза» - «Фаза», содержащий трехфазный трансформатор 10/0,4 кВ (трансформатор), трехфазную линию электропередачи 0,4 кВ (линия 0,4 кВ), блок управления, управляемый ключ, первый конденсатор, отличающийся тем, что в него введены воздушная катушка индуктивности (катушка), двухфазный двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д₁, Д₂, Д₃, Д₄, при этом первый вывод катушки индуктивности подключен к фазе А трансформатора, второй вывод катушки индуктивности подключен к первой обкладке первого конденсатора, к аноду первого диода Д₁, к катоду четвертого диода Д₄, вторая обкладка первого конденсатора подключена к фазе В, катод первого диода (Д₁) подключен к катоду второго диода (Д₂), к первой обкладке второго конденсатора, к первому входу ключа, вторая обкладка второго конденсатора подключена к выходу ключа, к анодам третьего и четвертого диодов (Д₃, Д₄), катод третьего диода (Д₃) подключен к аноду второго диода (Д₂), к фазе С, блок управления подключен ко второму входу ключа. A generator for inputting signal currents to a 0.4 kV three-phase power line according to the “Phase” - “Phase” scheme with a “Phase” - “Phase” power supply containing a 10 / 0.4 kV three-phase transformer (transformer), a three-phase power line 0, 4 kV (0.4 kV line), control unit, controlled key, first capacitor, characterized in that an air inductor (coil), a two-phase half-wave rectifier bridge assembled on diodes D ₁ , D ₂ , D ₃ , are introduced into it D ₄ , while the first output of the inductor is connected to phase A transformer a, the second output of the inductor is connected to the first plate of the first capacitor, to the anode of the first diode D ₁ , to the cathode of the fourth diode D ₄ , the second plate of the first capacitor is connected to phase B, the cathode of the first diode (D ₁ ) is connected to the cathode of the second diode (D ₂ ), to the first lining of the second capacitor, to the first input of the key, the second lining of the second capacitor is connected to the output of the key, to the anodes of the third and fourth diodes (D ₃ , D ₄ ), the cathode of the third diode (D ₃ ) is connected to the anode of the second diode ( D ₂ ), to phase C, the control unit is connected to the second th key input.