способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи
Классы МПК: | H04B3/54 системы передачи информации по линиям энергоснабжения |
Автор(ы): | Цагарейшвили С.А., Гутин К.И., Литвин Ю.А., Новиков В.А., Козин Н.К., Цагарейшвили А.С., Цагарейшвили Н.С., Антия Д.А. |
Патентообладатель(и): | Гутин Клавдий Иосифович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-04-15 публикация патента:
20.02.2004 |
Изобретение относится к электротехнике и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных линий электропередачи (0,4-35) кВ без обработки их высокочастотными заградителями. Достигаемый технический результат - снижение мощности, потребляемой генератором, на 340 Вт. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, в соответствии с которым запасают электромагнитную энергию![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-36t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-37t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-38t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-39t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224012/948.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-40t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-41t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-42t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-43t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-44t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-45t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224030/8776.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224068/960.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-46t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-47t.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных линий электропередачи (0,4-35) кВ (линия) без обработки их высокочастотными заградителями. Достигаемый технический результат - снижение потребляемой мощности. Известен способ ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, который реализован в генераторе (К. И.Гутин, С.А.Цагарейшвили. Генератор гармонических колебаний для передачи информации в сельских электрических сетях. Научно-технический бюллетень по электрификации сельского хозяйства. Выпуск 1 (53), ВИЭСХ, Москва, 1985 г., стр.7). Недостатками данного генератора, реализующего известный способ, являются:1. Образование 4-х токов вместо двух в линии:
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-2t.gif)
Индексы при токах
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-3t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-4t.gif)
где f1=fо-F; f2=fо+F. На "паразитные" токи
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-5t.gif)
F - частота напряжения линии. 2. За счет разряда конденсатора на резистор затрачивают большую мощность. Известен способ ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, который реализован в "Устройстве (генератор) передачи сигналов по проводам трехфазной линии электропередачи", который принят за прототип. Авт. св. SU 1757111 A1, H 04 В 3/54, бюлл. 31, 1992 г. Данный генератор образует два тока
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-6t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-7t.gif)
В предлагаемом техническом решении процесса разряда конденсатора на резистор нет. Поэтому в качестве ключа можно применять как транзистор, так и тиристор, в зависимости от требуемых величин вводимых токов. Следует также отметить, что при использовании тиристора, он может не закрыться, например, при грозе и устройство выйдет из строя, за счет наводимых импульсных помех в проводах, поэтому необходимо предусмотреть специальную защиту тиристора, как это выполнено, например, в "Устройстве передачи сигналов по проводам трехфазной линии электропередачи" Патент RU 200237 C1, 5 Н 04 В 3/54, бюлл. 39-40, 1993 г. Реализация предложенного технического решения значительно снижает потребляемую мощность. 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 (линия). 4. Трехфазный двухполупериодный выпрямительный мост (мост). 5. Вторая катушка индуктивности (катушка). 6. Второй конденсатор (конденсатор). 7. Первая катушка. 8. Первый конденсатор. 9. Резистор. 10. Управляемый ключ (ключ). 11. Блок управления. Работает генератор следующим образом:
1. Для определения потерь в прототипе разберем его работу, для этого исключают из схемы (см. чертеж) элементы 7 и 8, а конденсатор 6 включают, как в прототипе положение 61, показано пунктиром. Для расчета зададим конкретные данные, которые встречаются на практике. Дано:
fo=1000 Гц - частота сигнала (коммутации ключа);
L2=6,3
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
С2=4
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
R=10 Ом - сопротивление резистора 9;
Ео= 512 В - постоянная составляющая выпрямленного трехфазного линейного напряжения между точками 1-2;
Sтр=1000 кВА - мощность трансформатора 10/0,4 кВ. В прототипе катушку 5 и конденсатор 61 настраивают в резонанс на частоту fо=1000 Гц, где:
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-8t.gif)
Индуктивностями обмоток трансформатора 1 фаз А, В, С пренебрегают в связи с их малостью по сравнению с индуктивностями катушек 5 и 7. Активными сопротивлениями обмоток трансформатора 1 фаз А, В, С, сопротивлениями диодов моста 4, сопротивлением ключа 10 пренебрегают в связи с их малостью по сравнению с сопротивлением резистора 9. Определим амплитудное значение тока, проходящего через катушку 5, резистор 9 и ключ 10 в момент времени
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-9t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-10t.gif)
Действующее значение этого тока равно:
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-11t.gif)
Это значение тока 12 А при заданной мощности трансформатора 1000 кВА и частоте сигнала fo=1000 Гц разрешено вводить в трехфазную линию электропередачи правилами МЕЖДУНАРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ КОМИССИИ (МЭК). Рассмотрим процесс разряда конденсатора 61 на резистор 9, как это происходит в прототипе. Конденсатор 61 заряжен, как это показано на чертеже. В промежутке времени
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-12t.gif)
1) ток заряда i1 (t) электромагнитной энергией катушки 5;
2) ток разряда конденсатора 61 на резистор 9. Ток разряда конденсатора 61 протекает по цепи: "плюс" конденсатора 61 - резистор - 9 - ключ 10 - "минус" конденсатора 61. Постоянная составляющая выпрямленного напряжения, приложенного к конденсатору 61, равна Eо=512 B. Энергия W6.1, накопленная конденсатором 61 за один период Tо, равна:
W6.1=Eо 2
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
C6.1 - емкость конденсатора 61. При протекании тока разряда конденсатора 61, напряжение на нем U6.1 (t) убывает по экспоненте:
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-13t.gif)
где E0= 512 B;
t - время разряда конденсатора;
l - основание натурального логарифма;
R - сопротивление резистора 9;
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224154/964.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
Энергия, рассеиваемая в сопротивлении R, в течение всего переходного процесса, равна энергии, запасенной в электрическом поле до коммутации, т.е. в промежутке времени t, где
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-14t.gif)
t
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224361/8773.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224029/247.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224154/964.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-15t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224154/964.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224154/964.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-16t.gif)
Сравнивая выражения (6) и (7), можно считать, что конденсатор 61 полностью разрядился на резистор 9. Определим мощность потерь Рп за счет разряда конденсатора 61 на резистор 9 при непрерывной работе генератора
Pп=E0 2
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224030/8776.gif)
Учитывая, что генератор работает только при передаче символов "1", a при передаче символов "0" не работает, и что в сообщении количество сигналов "1" и "0" принимаем равным, мощность потерь, при передаче символов "1" - Рп ("1"), равна:
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-17t.gif)
Следует учесть, что основная нагрузка по передаче сигналов приходится на генератор, установленный на диспетчерском пункте (ДП), который ведет циклический опрос состояния электрооборудования, установленного на 1, 2, 3... контролируемых пунктах (КП). Принимают условия, что длительность передачи информации с КП в два раза больше, чем длительность запроса КП с ДП, тогда, с учетом (9), мощность потерь в генераторе ДП-Рп (ДП) будет равна:
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-18t.gif)
Следует отметить, что это справедливо при пассивной передаче символа "0". При передаче символа "0" активным способом потери возрастут в два раза
Pп(ДП)=170
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
2. Рассмотрим работу генератора, который реализует предложенное техническое решение (см. чертеж). Блок управления 11 вырабатывает импульсы управления для управления ключом 10, который коммутируют с частотой fо. Ключ 10 находится в замкнутом положении в промежутке времени
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-19t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-20t.gif)
Параллельный контур, образованный катушкой 5 и конденсатором 6, настраивают в резонанс на частоту сигнала 0:
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-21t.gif)
Согласно выражения (1),
где L2=6,3
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
С2=4
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-22t.gif)
где L1 - индуктивность катушки 7;
С1 - емкость конденсатора 8. В частном случае L1=L2=6,3
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
С1=С2=4
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
I2gL2 = 122
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224361/8773.gif)
где Ig=12 А - из выражения (3);
L2=6,3
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-23t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224076/969.gif)
i2(t) = Im
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224012/948.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224076/969.gif)
где: Im=17A - согласно выражения (2)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-24t.gif)
R2 - активное сопротивление второй катушки;
Q - добротность второй катушки 5;
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224068/960.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224012/948.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-25t.gif)
Примем Q=20
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-26t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-27t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-28t.gif)
Таким образом, амплитуда тока i2(t) в момент времени t=Tо, когда вновь замкнут ключ 10, будет равна Im
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224012/948.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-29t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-30t.gif)
Так как ток i0(t) вводят по схеме фаза - фаза на одной частоте f0 в трехфазной линии, так же будут присутствовать два тока, как и в прототипе, т.е. токи прямой последовательности на частоте
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-31t.gif)
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-32t.gif)
Наличие двух токов на одной частоте дает преимущество в приеме этих токов, чем токов в прототипе
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-33t.gif)
1. При использовании в качестве ключа тиристора с принудительным закрытием, резистор 9 выбирают из допустимых импульсных перегрузок. Так, например, для тиристора типа Т4-25-9 этот ток равен 700 А при длительности 0,01 с. Тогда минимальное необходимое сопротивление резистора Rmin равно:
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-34t.gif)
где:
![способ гутина к.и. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, патент № 2224365](/images/patents/244/2224365/2224365-35t.gif)
Класс H04B3/54 системы передачи информации по линиям энергоснабжения