Устройство передачи информационных сигналов по проводам трехфазной линии электропередачи

 

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в системах телемеханики, где в качестве канала связи используется линия электропередачи 0,38 - 10 - 35 кВ без обработки ее высокочастотными заградителями. Изобретение решает задачу повышения надежности устройства при перегрузках по току с достижением технического результата-возможности самовосстановления работоспособности устройства при возникновении перегрузок по току. Устройство содержит четыре воздушных катушки индуктивности 1 - 3,14, восемь резисторов 11, 19, 21, 23, 24, 25, 33 и 56, шесть конденсаторов 10, 15, 16, 17, 18 и 34, одиннадцать диодов 4-9, 26, 28, 32 и 35, четыре тиристора 12, 29-31, источник информации 13, источник питания 20 постоянного напряжения, ключ 22. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием линий электропередачи (0,38-10-35) кВ.

Из известных устройство наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство передачи сигналов по проводам трехфазной линии электропередачи, которое принято за прототип. Несмотря на улучшение спектрального состава генерируемого тока, что повышает КПД, известное устройство имеет низкую надежность из-за выхода его из строя при перегрузках по току.

Изобретение решает задачу повышения надежности устройства при перегрузках по току, с достижением технического результата - возможность восстановления работоспособности устройства при возникновении перегрузок по току.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства.

Устройство передачи информационных сигналов по проводам трехфазной линии электропередачи содержит первую 1, вторую 2, третью 3 катушки индуктивности, первый 4, второй 5, третий 6, четвертый 7, пятый 8, шестой 9 диоды, четвертый конденсатор 10, первый резистор 11, первый тиристор 12, источник информации 13, четвертую катушку индуктивности 14, первый 15, второй 16, третий 17, пятый 18 конденсаторы, шестой резистор 19, источник питания постоянного напряжения 20, второй резистор 21, ключ 22, третий 23, четвертый 24, пятый 25 резисторы, восьмой 26, девятый 27, десятый 28 диоды, второй 29, третий 30, четвертый 31 тиристоры, седьмой диод, 32, седьмой резистор 33, шестой конденсатор 34, одиннадцатый диод 35, восьмой резистор 36.

Устройство передачи информационных сигналов по проводам трехфазной линии электропередачи работает следующим образом.

Нормальный режим.

При отсутствии управляющих импульсов на выходе источника информации 13 четвертый конденсатор 10 заряжен до значения выпрямленного напряжения (полярность заряда) четвертого конденсатора 10 показана на чертеже).

При наличии управляющих импульсов на выходе источника информации 13, которые следуют с частотой сигнала f_o (рассматривается интервал времени, кода потенциал фазы A выше, чем потенциал фазы C), через первый тиристор 12 будут протекать три тока i₁, i₂, i₃, где i₁ - ток разряда конденсатора 10 на резистор 19, i₂ - ток заряда конденсатора 18, который протекает по цепи: "плюс" конденсатора 15 - диод 4 - тиристор 29 - конденсатор 18 - катушка индуктивности 14 - тиристор 12 - диод 9 - "минус" конденсатора 17 - "плюс" конденсатора 17 - "минус" конденсатора 15 (контур 1). Резонансная частота контура 1 определяется из выражения где C_Σ - емкость последовательно соединенных конденсаторов 15, 17 и 18; L₁₄ - индуктивность катушки индуктивности 14.

Причем необходимо выполнить условия f₁ >> f₀; С₁₀R₁₉ << T₀, где f₀ - частота тока сигнала; T₀=1/f₀; f₁ - резонансная частота контура 1; C₁₀ - емкость конденсатора 10; R₁₁ - сопротивление резистора 11; R₁₉ - сопротивление резистора 19.

Ток i₃, протекающий по цепи: фаза A - катушка индуктивности 1 - диод 4 - тиристор 29 - резистор 11 - катушка индуктивности 14 - тиристор 12 - диод 9 - катушка индуктивности 3 - фаза C (контур 2), в момент закрытия тиристора 12 определяется из выражения где R_Σ - активное сопротивление контура 2; L_Σ - индуктивность контура 2; τ - время открытого состояния тиристора.

Тиристор 12 закрывается в момент окончания заряда конденсатора 18 током i₂ (полярность заряда конденсатора 18 приведена на чертеже).

После закрытия тиристора 12 начинается подзаряд конденсаторов 15 и 17 током i₀ по цепи (контур 3): фаза A - конденсатор 15 - конденсатор 17 - фаза C. Элементы контура выбираются из условия

где
L_1,3 - индуктивность катушек индуктивности 1 и 3; C_15,17 - емкость конденсаторов 15 и 17 (индуктивностью обмоток питающего трансформатора пренебрегаем).

Ток i₀ подзаряда конденсаторов 15 и 17 является током сигнала, который вводится в трехфазную электрическую сеть.

Аналитическое выражение тока i₀ имеет вид

где
ω₁= 2π(f₀-F); ω₂= 2π(f₀+F); , F = 50 Гц - частота напряжения трехфазной линии электропередачи.

Таким образом, в трехфазную линию электропередачи вводятся два тока на частотах f₁=f₀-F и f₂=f₀+F
После закрывания тиристора 12 конденсаторов 18 разряжается на резистор 11, а конденсатор 10 заряжается током, протекающим по цепи: фаза A - катушка индуктивности 1 - диод 4 - тиристор 29 - резистор 11 - катушка индуктивности 14 - конденсатор 10 - резистор 19 - диод 9 - катушка индуктивности 3 - фаза C.

После разряда конденсатора 18 на резистор 11 и заряда конденсатора 10 коммутационная часть схемы приходит в устойчивое состояние. Аналогично работают и другие колебательные контуры заявленного устройства.

Как следует из описания работы устройства в нормальном режиме, тиристоры 29, 30, 31 должны открываться синхронно соответственно с диодами 4, 5, 6. Это достигается следующим образом. На управляющие электроды тиристоров 29, 30, 31 подают напряжения отпирания тиристоров с источника питания постоянного напряжения 20. Для рассматриваемого интервала времени прямой управляющий ток, необходимый для отпирания тиристора 29, протекает по цепи: "плюс" источника питания постоянного напряжения 20 - резистор 21 - резистор 23 - диод 26 - управляющий электрод тиристора 29 - катод тиристора 29 - "минус" источника питания постоянного напряжения 20. При открывании тиристора 12 на время τ осуществляется заряд конденсатора 34 (полярность конденсатора 34 показана на чертеже) по цепи: первый вывод резистора 11 - "плюс" конденсатора 34 - "минус" конденсатора 34 - диод 35 - резистор 36 - второй вывод резистора 11. При этом выполняют условие
τ ≪ C₃₄R₃₆,
где
C₃₄ - емкость конденсатора 34; R₃₆ - сопротивление резистора 36.

Таким образом, конденсатор 34 за время открытого состояния тиристора 12 зарядится до величины U_норм.. При этом выполняют условие
U_норм≈0,25 U_порог,
где
U_норм - напряжение на конденсаторе 34 при нормальной работе схемы; U_порог - пороговое напряжение срабатывания ключа 22, прикладываемое конденсатором 34 к управляющему входу ключа 22 по цепи: "плюс" конденсатор 34 - диод 32 - управляющий вход ключа 22 - резистор 33 - "минус" конденсатора 34.

Аварийный режим.

Если по каким-то причинам тиристор 12 не закрылся через время τ и остался в проводящем состоянии, то через него пойдет ток перегрузки

где
I_пер - действующее значение тока перегрузки; E₀ - среднее значение выпрямленного напряжения, прикладываемого между катодом и анодом тиристора 12; R_Σ - суммарное активное сопротивление элементов цепи, по которым протекает ток перегрузки I_пер. Такая ситуация может быть, когда в цепи управления тиристора 1 возникают помехи, величина которых перемешивает порог отпирания этого тиристора. Природа появления помех известна. Это в основном радиопомехи, вызванные грозовыми явлениями, которые распространяются по проводам линий электропередачи и вызывают ток перегрузки I_пер. Этот ток без специальной защиты устройства вызовет перегорание плавких вставок, включенных последовательно в фазы A, B и C. При этом устройство автоматически восстанавливает свою работоспособность следующим образом.

При открывании тиристора 12 на время, большее τ , все выпрямленное напряжение E₀ будет приложено к первому резистору 11 (падениями напряжений в катушке индуктивности 14 и тиристоре 12 пренебрегаем). Начинает заряжаться конденсатор 34 в пределе до величины E₀. Этот потенциал прикладывается к управляющему входу ключа 22.

При достижении заряда конденсатора 34 величины выше U₀ (пороговое напряжение срабатывания ключа 22) он замыкается. Причем выполняют условие
U_порог≈0,75 U₀.

При срабатывании ключа 22 шунтируют цепи запуска тиристоров 29, 30, 31, что вызовет их закрытие питающим напряжением и прерывание тока перегрузки I_пер через тиристор 12.

Конденсатор 34 начнет разряжаться по цепи: "плюс" конденсатора 34 - диод 32 - управляющий вход ключа 22 - резистор 33 - "плюс" конденсатора 34.

При снижении заряда конденсатора 34 ниже величины U₀ ключ 22 разомкнется и схема перейдет в рабочее состояние.

Выбором величин емкости конденсатора 34 и сопротивления резистора 33 получают необходимое время восстановления работоспособности заявленного устройства.

Достижение поставленной изобретением цели - повышение надежности работы достигается автоматическим восстановлением работоспособности заявленного устройства из аварийной ситуации.

Формула изобретения

Устройство передачи информационных сигналов по проводам трехфазной линии электропередачи, содержащее первую, вторую и третью катушки индуктивности, первые выводы которых соединены с проводами трехфазной линии электропередачи, а вторые выводы подключены к первым выводам соответственно первого, второго и третьего конденсаторов, вторые выводы которых объединены, и к анодам первого, второго и третьего диодов, которые подключены соответственно к катодам четвертого, пятого и шестого диодов, аноды которых объединены и подключены к катоду первого тиристора и первому выводу источника информации, второй вывод которого соединен с управляющим выводом первого тиристора, анод которого соединен с первым выводом четвертого конденсатора, а также первый резистор, отличающееся тем, что введены второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой резисторы, источник питания постоянного напряжения, ключ, седьмой, восьмой, девятый, десятый и одиннадцатый диоды, а также пятый и шестой конденсаторы, второй, третий и четвертый тиристоры и четвертая катушка индуктивности, первый вывод которой соединен с анодом первого тиристора, а второй вывод подключен к первым выводам первого резистора и пятого конденсатора, вторые выводы которых подключены к первому выводу шестого конденсатора, катодам второго, третьего и четвертого тиристоров, минусовым выводом источника питания постоянного напряжения, анодом седьмого диода и входом ключа, выход которого соединен с первыми выводами второго, третьего, четвертого и пятого резисторов, второй вывод второго резистора соединен с плюсовым выводом источника питания, постоянного напряжения, вторые выводы третьего, четвертого и пятого резисторов соединены соответственно с анодами восьмого, девятого и десятого диодов, катоды которых соединены соответственно с управляющими выводами второго, третьего и четвертого тиристоров, аноды которых соединены соответственно с катодами первого, второго и третьего диодов, второй вывод четвертого конденсатора соединен через шестой резистор с катодом первого тиристора, второй вывод шестого конденсатора соединен с анодом одиннадцатого диода и первым выводом седьмого резистора, второй вывод которого соединен с управляющим входом ключа и катодом седьмого диода, катод одиннадцатого диода через восьмой резистор соединен с первым выводом первого резистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1