Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ОТБОРА МОЩНОСТИ ОТ ТРЕХФАЗНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вторичным источникам питания при бесконтактном отборе мощности от трехфазных линий передачи высокого напряжения.

Известна система отбора мощности от тока фазного провода трехфазной линии передачи высокого напряжения, содержащая установленный под высоким потенциалом на опоре высоковольтной линии передачи первичный преобразователь в виде трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в цепь фазного провода, трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подключена к вторичной обмотке трансформатора тока, а вторичная обмотка подключена к входу выпрямительного диодного моста с сглаживающей емкостью. Выходные зажимы выпрямительного диодного моста подключены к входным зажимам стабилизатора напряжения, выполненного по схеме DC-DC конвертора. Выходные зажимы DC-DC конвертора подключены к включенным параллельно нагрузке источнику питания и аккумуляторной батарее (Бунин А.В., Вишняков С.В., Геворкян В.М., Казанцев Ю.А. и др. Проблема создания источника питания автономного комплексного измерительного устройства высокого напряжения. Тезисы доклада. Труды. XXII Международная конференция «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты» МКЭЭЭ-2008., Крым, Алушта, 24 сентября - 4 октября 2008 г. Секция 2 - Электромеханика, с.297-298.

Недостатком такой системы отбора мощности является сложность конструкции, связанная с необходимостью размещения первичной обмотки внутри кольцевой катушки трансформатора тока - первичного преобразователя.

Наиболее близкой к предлагаемой системе отбора мощности от трехфазной линии передачи высокого напряжения является система отбора мощности от токов фазных проводов трехфазной линии передачи высокого напряжения, содержащая первичный преобразователь, выпрямительный диодный мост с сглаживающей емкостью, выходные зажимы которого подключены к входным зажимам стабилизатора напряжения, выполненного по схеме DC-DC конвертора, а выходные зажимы DC-DC конвертора подключены к включенным параллельно нагрузке источнику питания и аккумуляторной батарее, снабжена отрезком коаксиального кабеля, который соединяет выход первичного преобразователя со входом выпрямительного диодного моста, трехфазная линия передачи установлена на одноцепных опорах с поперечной траверсой, первичный преобразователь выполнен в виде многовитковой катушки из изолированного медного провода, которая закреплена через изолятор на одноцепной опоре высоковольтной трехфазной линии передачи ниже поперечной траверсы одноцепной опоры в точке пересечения дуги окружности, которая описана вокруг центра в точке половины расстояния между фазными проводами вдоль поперечной траверсы одноцепной опоры и вертикалью, проведенной из точки пересечения вертикальной части опоры и поперечной траверсы, причем продольная ось многовитковой катушки направлена на фазный провод, более отдаленный от точки, в которой закреплена многовитковая катушка, и перпендикулярна направлению на второй фазный провод из точки, в которой закреплена многовитковая катушка (Патент РФ №2414035, МПК H02J 3/00 (206/01), опубл. 10.03.11 г.).

Недостатком такой системы отбора мощности является сложность конструкции, связанная с первичным преобразователем и устройством его размещения и ориентации относительно фазных проводов линии.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции системы отбора мощности от трехфазной линии передачи высокого напряжения.

Это достигается тем, что в известной системе отбора мощности от трехфазной линии передачи высокого напряжения, содержащей одноцепные опоры каждая с поперечной траверсой, на которых через высоковольтные изоляторы подвешены фазные провода трехфазной линии, первичный преобразователь с выходными зажимами, которые присоединены к входным зажимам преобразователя-регулятора напряжения, к выходным зажимам которого подключена нагрузка, первичный преобразователь выполнен в виде плоской металлической сетки, лежащей на земле и протяженной вдоль направления фазных проводов, с размещенным на плоской металлической сетке отрезком плоского многопроводного кабеля, который параллелен направлению фазного провода, продольная ось которого удалена от линии проекции на землю ближайшего фазного провода трехфазной линии передачи на расстояние, равное наибольшему из расстояний проекции фазных проводов на плоскость, проходящую через одноцепные опоры, причем плоскость отрезка плоского многопроводного кабеля параллельна плоскости земли, один из концов каждого провода плоского многопроводного кабеля присоединен к общей контактной точке на металлической сетке, а второй его конец присоединен к клемме, которая служит первым выходным зажимом первичного преобразователя, а вторым выходным зажимом первичного преобразователя является общая контактная точка на металлической сетке.

Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором показана схема системы отбора мощности от трехфазной линии передачи высокого напряжения.

Система отбора мощности от трехфазной линии передачи высокого напряжения содержит одноцепные опоры 1, каждая с поперечной траверсой 2, на которых через высоковольтные изоляторы 3 подвешены фазные провода 4, 5, 6 трехфазной линии, первичный преобразователь 7 с выходными зажимами 8 и 9, которые присоединены к входным зажимам преобразователя-регулятора напряжения 10, к выходным зажимам 11 и 12 которого подключена нагрузка 13. Первичный преобразователь 7 выполнен в виде плоской металлической сетки 14, лежащей на земле и протяженной вдоль направления фазных проводов 4, 5, 6, с размещенным на плоской металлической сетке 14 отрезком плоского многопроводного кабеля 15, который параллелен направлению фазных проводов 4, 5, 6. Продольная ось отрезка плоского многопроводного кабеля 15 удалена от линии 16 проекции на землю ближайшего фазного провода 4 трехфазной линии передачи на расстояние, равное наибольшему из расстояний проекций фазных проводов 4, 5, 6 на плоскость, проходящую через одноцепные опоры 1. Один из концов 17 каждого провода плоского многопроводного кабеля 15 присоединен к общей контактной точке 18 на металлической сетке 14. Второй конец 19 проводов плоского многопроводного кабеля 15 присоединен к клемме 21, которая служит первым выходным зажимом первичного преобразователя 7, а вторым выходным зажимом первичного преобразователя 7 является общая контактная точка 22 на металлической сетке 14.

Система отбора мощности от фазных проводов трехфазной линии передачи высокого напряжения работает следующим образом.

При размещении металлической сетки 14 параллельно направлению фазных проводов 4, 5, 6 и расположении на плоской металлической сетке 14 отрезка плоского многопроводного кабеля 15, который параллелен направлению фазных проводов 4, 5, 6, на проводниках 17 наводится потенциал φ, зависящий от положения проводника отрезка плоского многопроводного кабеля 15 относительно фазных проводов 4, 5, 6 трехфазной линии. Учитывая геометрическое смещение каждого из фазных проводов 4, 5, 6 трехфазной линии, которое определено их подвеской на одноцепной опоре 1 с поперечной траверсой 2 через высоковольтные изоляторы 3, от каждого из фазных проводов 4, 5, 6 на каждом из проводов отрезка плоского многопроводного кабеля 15 наводится своя парциальная составляющая общего потенциала. Причем, учитывая сдвиг начальных фаз в 120° фазных напряжений в трехфазной линии, при симметричном положении проводников 17 относительно системы фазных проводов 4, 5, 6, суммарный наведенный потенциал от всех фазных проводов 4, 5, 6 на каждом из проводов отрезка плоского многопроводного кабеля 15 оказывается близок к нулю. Для преодоления этого негативного для первичного преобразователя явления в предложенном техническом решении введена геометрическая несимметрия положения каждого провода отрезка плоского многопроводного кабеля 15 относительно системы фазных проводов 4, 5, 6. Оказалось оптимальным для создания необходимого потенциала на проводах отрезка плоского многопроводного кабеля 15 обеспечить положение продольной оси отрезка плоского многопроводного кабеля 15 удаленным от линии 16 проекции на землю ближайшего фазного провода 4 трехфазной линии передачи на расстояние а, равное наибольшему из расстояний проекций фазных проводов 4, 5, 6 на плоскость, проходящую через одноцепные опоры 1. На чертеже наибольшему из расстояний, равному а, соответствует фазный провод 6. Это приводит к нарушению геометрической симметрии каждого провода отрезка плоского многопроводного кабеля 15 относительно симметричной трехфазной системы напряжений трехфазной линии передачи высокого напряжения. В результате на каждом из проводов отрезка плоского многопроводного кабеля 15 наводится потенциал относительно земли. Учитывая незначительный относительно поперечных геометрических размеров трехфазной линии передачи высокого напряжения поперечный размер плоского многопроводного кабеля 15, можно приближенно считать, что на каждом из проводов кабеля 15 наводится одинаковый потенциал.

Применение плоской металлической сетки 14, лежащей на земле и протяженной вдоль направления фазных проводов 4, 5, 6 увеличивает эффективную проводимость земли и позволяет вдвое (теоретически, при бесконечной проводимости земли) увеличить наведенный потенциал на проводах многопроводного кабеля 15. В действительности, эффективная проводимость земли оказывается еще меньше, чем проводимость плоской металлической сетки 14, ввиду малой (относительно длины волны) площади, занимаемой сеткой 14, ограничивающей область, занимаемую поверхностным зарядом каждого из фазных проводов 4, 5, 6. Поэтому потенциал, наведенный на проводах отрезка плоского многопроводного кабеля 15 меньше теоретически возможного.

Для реализации первичного преобразователя 7 потенциал, наведенный на проводах отрезка плоского многопроводного кабеля 15, преобразуется в напряжение на его выходных зажимах 8 и 9, которые присоединены к входным зажимам преобразователя-регулятора напряжения 10, к выходным зажимам 11 и 12 которого подключена нагрузка 13. Причем, для увеличения выходной мощности первичного преобразователя, провода отрезка плоского многопроводного кабеля 15 включены параллельно. При этом один из концов 17 каждого провода плоского многопроводного кабеля 15 присоединен к общей контактной точке 18 на металлической сетке 14. Второй конец 19 проводов плоского многопроводного кабеля 15 присоединен к клемме 21, которая служит первым выходным зажимом первичного преобразователя 7, а вторым выходным зажимом первичного преобразователя 7 является общая контактная точка 22 на металлической сетке 14.

Упрощение конструкции системы отбора мощности от токов в фазных проводах трехфазной линии передачи достигается типом и определенным смещением относительно оси ближайшего фазного провода трехфазной линии передачи высокого напряжения оси плоского многопроводного кабеля, образующего в сочетании с плоской металлической сеткой первичный преобразователь.

Система отбора мощности от фазных проводов трехфазной линии передачи высокого напряжения 220 кВ, при круговой промышленной частоте ω=314 рад/с, высоте подвеса фазного проводов 4 и 6, равной Н≈14,5 м, фазного провода 5 - Н≈17,5 м, в приближении Н>>r₀=6,3 мм, где r₀ - радиус фазного провода, толщине изоляции Δ≈=0,02 мм провода 17 отрезка плоского многопроводного кабеля 15, при диаметре каждого провода 17, равном 0,2 мм, и его длине 100 м, числе проводов 17 в отрезке плоского многопроводного кабеля 15, равном 10, позволяет снять с выходных зажимов 8 и 9 первичного преобразователя 7 мощность не меньше 5 Вт при напряжении 50 В.

Использование изобретения позволяет обеспечить устойчивый режим питания автономных автоматических измерительных устройств малой мощности, размещенных под потенциалом земли вблизи проводов высоковольтных линий, без применения дорогостоящих систем преобразования высокого напряжения в напряжения низкого уровня.