EA013000B1

EA013000B1 - Измерение параметра тока, протекающего в линии электропередачи

Info

Publication number: EA013000B1
Application number: EA200802377A
Authority: EA
Inventors: Иеуда Серн
Original assignee: Амбиент Корпорэйшн
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2010-02-26
Also published as: CA2656152A1; CN101573737A; EP2044581A4; AU2007273232B2; KR101291410B1; CN101573737B; CA2656152C; BRPI0713855A2; WO2008008106A3; WO2008008106A2; US8093745B2; MX2008015823A; EP2044581A2; US20080007416A1; KR20090038002A; EA200802377A1; AU2007273232A1

Abstract

Способ измерения некоторого параметра, протекающего в линии электропередачи тока промышленной частоты, включающий: (а) преобразование протекающего в линии электропередачи тока промышленной частоты в напряжение промышленной частоты с помощью индуктивного ответвителя, который ответвляет сигнал связи от линии электропередачи; (b) отделение напряжения промышленной частоты от сигнала связи; (c) определение значения некоторого параметра тока промышленной частоты на основании напряжения промышленной частоты. Также предлагаются система и устройство для измерения указанного параметра.

Description

Область техники

Настоящее изобретение, в целом, относится к связи по линиям электропередачи, а в частности, к использованию индуктивного ответвителя в линии электропередачи для измерения тока промышленной частоты в линии электропередачи и для передачи результатов измерения через сеть связи, которая использует линии электропередачи и частью которой является указанный индуктивный ответвитель.

Уровень техники

В системе связи по линиям электропередачи силовой сигнал обычно имеет частоту 50-60 Герц (Гц), а сигнал данных связи имеет частоту более 1 МГц, обычно в диапазоне 1-50 МГц. Ответвитель сигнала данных связи, используемый в линиях электропередачи, ответвляет сигнал данных связи от линии электропередачи и подает его на устройство связи, такое как модем.

Примером такого ответвителя для передачи данных является индуктивный ответвитель, содержащий сердечник и обмотку, намотанную вокруг части сердечника. Сердечник выполнен из магнитного материала и имеет отверстие. Индуктивный ответвитель работает по принципу трансформатора и размещен на линии электропередачи, которая проходит сквозь это отверстие и играет роль первичной обмотки трансформатора, обмотка индуктивного ответвителя играет роль вторичной обмотки трансформатора. Через сердечник ответвляют сигнал данных от линии электропередачи и подают его на вторичную обмотку, которая, в свою очередь, соединена с устройством связи.

В одном случае для измерения тока промышленной частоты в линии электропередачи используют соединенный с линией электропередачи трансформатор тока, вторичная обмотка которого замкнута накоротко через амперметр или другое токочувствительное устройство. В другом случае при разомкнутой вторичной обмотке ток в первичной обмотке индуцирует напряжение во вторичной обмотке, пропорциональное току в первичной обмотке.

Краткое описание изобретения

Предлагается способ измерения некоторого параметра тока промышленной частоты, проводимого линией электропередачи, включающий:

(a) преобразование протекающего в линии электропередачи тока промышленной частоты в напряжение промышленной частоты с помощью индуктивного ответвителя, который ответвляет сигнал связи от линии электропередачи;

(b) отделение напряжения промышленной частоты от сигнала связи;

(c) определение значения некоторого параметра тока промышленной частоты на основании напряжения промышленной частоты.

Также предлагаются система и устройство для измерения указанного параметра.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1А иллюстрирует систему, сконфигурированную для измерения тока, протекающего в линии электропередачи;

фиг. 1В - схема системы, показанной на фиг. 1А;

фиг. 1С - блок-схема системы, показанной на фиг. 1А, которая подробно раскрывает работу узла связи;

фиг. 2 - блок-схема системы, в которой используются отдельные кабели для сигналов, передаваемых по системам связи через линии электропередачи, и сигналов токочувствительного напряжения;

фиг. 3 - блок-схема системы, которая обнаруживает ток в первой линии электропередачи и во второй линии электропередачи;

фиг. 4 - блок-схема еще одной системы, сконфигурированной для измерения тока, протекающего в линии электропередачи;

фиг. 5 - схема части узла связи, в которой показан пример реализации фильтра высоких частот и фильтра низких частот;

фиг. 6 - схема части показанной на фиг. 4 системы, в которой показан пример реализации шунтирующего модуля;

фиг. 7 - блок-схема системы для измерения фазы тока на основании фазы напряжения в линии электропередачи среднего напряжения по фазе промышленного напряжения;

фиг. 8 - блок-схема части энергораспределительной сети, сконфигурированной для измерения силовых характеристик на её различных участках.

Описание изобретения

При работе на высокой частоте выходной сигнал вторичной цепи индуктивного ответвителя содержит высокочастотные сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, и напряжение, свидетельствующее об обнаружении тока промышленной частоты. Указанное напряжение и указанные сигналы могут быть отделены друг от друга и обработаны по отдельности.

На фиг. 1А и 1В показана система 100, сконфигурированная для измерения тока, протекающего в линии 103 электропередачи. Система 100 содержит индуктивный ответвитель 105 и узел 112 связи.

Ответвитель 105 содержит магнитный сердечник, т.е. сердечник 106, имеющий сквозное отверстие

108. Ответвитель 105 функционирует как трансформатор тока и размещен на линии 103, так что она проходит сквозь отверстие 108 и служит первичной обмоткой 102, как схематично показано на фиг. 1В. Кро- 1 013000 ме того, ответвитель 105 содержит вторичную обмотку 107, соединенную с узлом 112 парой проводов 110а и 110Ь, которые вместе называются парой 110 вторичной обмотки.

Линия 103 проводит:

(a) ток промышленной частоты, например ток 200 А с частотой 50-60 Гц при напряжении 13 кВ;

(b) сигнал, предназначенный для осуществления связи по линиям электропередачи, который в тексте настоящего описания также называется сигналом данных, например сигнал, имеющий удвоенную амплитуду, напряжение 10 В и частоту в диапазоне 1-50 МГц.

Ответвитель 105 через сердечник 106 индуктивно ответвляет сигналы от линии 103 и подает его на пару 110. Более конкретно, ответвитель 105 ответвляет сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, с возможностью их передачи в двух направлениях между линией 103 и парой 110, а также преобразует сигнал тока промышленной частоты от линии 103 в сигнал напряжения промышленной частоты в паре 110.

Линия 103 служит проводником тока 1₁₀₁ промышленной частоты £. Обмотка 102 имеет индуктивность Ьр и реактивное сопротивление Хр, причем

Хр = 2πίΙ_ρ.

При промышленной частоте реактивное сопротивление проходящей сквозь сердечник 106 линии 103 меньше 10 мОм. Так как описываемая система работает с мегагерцовыми частотами, величина Бр по ряду причин мала. К числу этих причин относится то, что относительная магнитная проницаемость магнитных сердечников, предназначенных для работы на высоких частотах, как правило, находится в диапазоне 100-1000, а также то, что линия 103, которая играет роль первичной обмотки, проходит сквозь отверстие 108 всего один раз, то есть образует только один виток. Например, для 1=60 Гц и Ер 3 мкГн,

Хр = 2πί1_ρ =1,13 мОм.

Ток 1₁₀₁ протекает в обмотке 102, и согласно закону Ома величина падения напряжения Ур в первичной обмотке 102 рассчитывается по формуле

Ур = ΧρΙιοι.

В обмотке 107 индуцируется вторичное напряжение, то есть напряжение промышленной частоты. В тексте настоящего описания вторичное напряжение также называется токочувствительным напряжением У§, которое пропорционально падению напряжения Ур и в первичной обмотке, и задается формулой

где к - это коэффициент связи ответвителя 105.

Измерив напряжение У§, можно рассчитать ток 1₁₀₁

Ιιοι = νρ/Χρ = Уз/(кХр).

Если выразить полную межэлектронную проводимость как

Υ = 1/(кХр), то ток 1₁₀₁ можно рассчитать по формуле

Ιιοι = УУз.

Кривая В-Н намагничивания магнитного сердечника при увеличении тока от нуля до некоторого значения, например до 200 А, представляет собой прямую линию, а затем при дальнейшем увеличении тока кривая входит в так называемую область насыщения, и ее наклон начинает уменьшаться. Термин «малый ток» относится к любому току под этим «изломом» характеристики. Для малых токов значение Υ постоянно. Когда ток 1₁₀₁ превышает некоторую величину, начинается насыщение сердечника 106, и при дальнейшем увеличении тока 1₁₀₁ коэффициент Υ уменьшается. Зависимость Υ от 1₁₀₁ может быть измерена и компенсирована расчетом

1101 ⁼ Υλ/δ.

Для иллюстрации величин, о которых идет речь, примем, что частота 1 равна 60 Гц, индуктивность первичной обмотки ответвителя 105 Ьр составляет 1 мГн, а коэффициент к равен 0,9. В этом случае

Хр = 2πίΙ_ρ

Хр = (2π)(60)(1 мГн)

Хр = 377 мкОм и

Υ= 1/(кХр)

Υ= 1/(0,9(377 мкОм))

Υ = 2950 См.

При токе в линии электропередачи 1₁₀₁, равном 200 А

- 2 013000 \/5 = кХр1₁₀1

Уз = 0,9 * 377 мкОм* 200 А \/5 = 68 мВ

В настоящем примере оборудование для измерения тока принимает указанный сигнал токочувствительного напряжения 68 мВ, умножает его на значение полной межэлектронной проводимости Υ, равное 2950 См, и рассчитывает ток линии электропередачи 1₁₀₁, равный 200 А. Ответвитель 105, благодаря своей полной межэлектронной проводимости, преобразует сигнал тока линии электропередачи в сигнал токочувствительного напряжения.

Узел 112 содержит модули, выполненные с возможностью обнаружения токочувствительного напряжения Уз, а также модули, выполненные с возможностью расчета тока 1₁₀₁ по указанному напряжению Уз. В других вариантах реализации изобретения узел 112 выполнен с возможностью отправки данных о напряжении Уз в другую часть оборудования, которая рассчитывает ток 1₁₀₁.

На фиг. 1С показана блок-схема системы 100. Узел 112 содержит фильтрующий модуль 115, модем 130, процессор 135 для обработки данных, аналоговый процессор 140, преобразователь 145, который преобразует среднеквадратичное значение в значение по постоянному току, и аналогово-цифровой преобразователь 150.

Модуль 115 содержит фильтр 116 высоких частот и фильтр 117 низких частот. Фильтр 116 пропускает сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, и блокирует сигналы напряжения промышленной частоты. Фильтр 117 пропускает сигналы напряжения промышленной частоты и блокирует сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи. На выходе фильтра 117 выдается отфильтрованное токочувствительное напряжение, которое, по существу, представляет собой напряжение Уз.

Модем 130 соединен с модулем 115, в частности, с фильтром 116, а также с процессором 135 и осуществляет с ними обмен в этих двух направлениях сигналами, предназначенными для осуществления связи по линиям электропередачи.

Процессор 140 принимает от фильтра 117 отфильтрованное токочувствительное напряжение. Процессор 140 предпочтительно содержит трансформатор и/или усилитель (не показаны), масштабирует отфильтрованное токочувствительное напряжение и выдает отмасштабированное токочувствительное напряжение.

Преобразователь 145 принимает от процессора 140 отмасштабированное токочувствительное напряжение. Токочувствительное напряжение Уз является приблизительно синусоидальным. Важным параметром для измерения тока является его среднеквадратичное значение, поэтому преобразователь 145 преобразует отмасштабированное токочувствительное напряжение в представление токочувствительного напряжения по постоянному току.

Преобразователь 150 принимает от преобразователя 145 представление токочувствительного напряжения по постоянному току и преобразует его в цифровой выходной сигнал, т.е. данные обнаружения тока.

Процессор 135 принимает от преобразователя 150 данные обнаружения тока, рассчитывает ток 1₁₀₁и выдает данные, представляющие некоторое значение для тока 1₁₀₁.

Модем 130 принимает эти данные от процессора 135, модулирует их в сигнал, предназначенный для осуществления связи по линиям электропередачи, и через модуль 115, ответвитель 105 и линию 103 передает этот сигнал на удаленный пункт мониторинга (на фиг. 1С не показан). Для обеспечения возможности мониторинга тока в линии обслуживающим персоналом на месте работы данные обнаружения тока и/или рассчитанное значение тока 1₁₀₁ могут также быть выведены на порт данных (не показан) или дисплей (не показан) узла 112.

Таким образом, в системе 100 линия 103 служит проводником тока промышленной частоты. Ответвитель 105 является индуктивным, ответвляет сигнал связи от линии 103 и преобразует ток промышленной частоты в напряжение промышленной частоты. Модуль 115 в узле 112 отделяет напряжение промышленной частоты от сигнала связи, а процессор 135 по этому напряжению промышленной частоты определяет значение некоторого параметра тока промышленной частоты.

На фиг. 2 показана блок-схема системы 200, в которой используются отдельные кабели для сигналов, предназначенных для осуществления связи по линиям электропередачи, и сигналов токочувствительного напряжения. Система 200 содержит фильтр 205 низких частот и узел 212 связи. Узел 212 аналогичен узлу 112, но не содержит фильтрующего модуля 115. Отходящая от ответвителя 105 пара 110 соединена с модемом 130 и фильтром 205. Фильтр 205 кабелем 222 соединен с процессором 140.

Фильтр 205 пропускает напряжения промышленной частоты и блокирует сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи.

Фильтр 205 через пару 110 принимает токочувствительное напряжение Уз и выдает отфильтрованное токочувствительное напряжение в кабель 222. Таким образом, фильтр 205 отделяет токочувствительное напряжение Уз от сигналов, предназначенных для осуществления связи по линиям электропере

- 3 013000 дачи.

Процессор 140 через кабель 222 принимает отфильтрованное токочувствительное напряжение и как в узле 112 преобразует его в отмасштабированное токочувствительное напряжение.

Модем 130, процессор 135, преобразователь 145 и преобразователь 150 функционируют как в узле 112.

На фиг. 3 показана блок-схема системы 300, которая выполнена с возможностью обнаружения тока 1₁₀₁ в линии 103, а также тока 1₃₀₁ в линии 303. Система 300 содержит расположенный на линии 103 ответвитель 105, расположенный на линии 303 ответвитель 305, объединитель 320 сигналов, кабель 330, пару 311 проводов вторичной обмотки, фильтр 306 низких частот, кабель 323 и узел 312 связи.

Ответвитель 105, как и в системе 100 (a) ответвляет сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, от пары 110, подает их на линию 103;

(b) образует канал для пропуска питающего сигнала от линии 103, индуцирует токочувствительное напряжение У§, которое проявляется в паре 110.

Ответвитель 305 ответвляет сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, от пары 311 и подает их на линию 303. Кроме того, ответвитель 305 ответвляет питающий сигнал от линии 303 и индуцирует в своей вторичной обмотке (не показана) токочувствительное напряжение для линии 303, которое проявляется в паре 311.

Объединитель 320 проводит сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, между ответвителем 105 и узлом 312, а также между ответвителем 305 и узлом 312. При проведении сигналов, предназначенных для осуществления связи по линиям электропередачи, от ответвителей 105 и 305 в узел 312 объединитель 320 объединяет эти сигналы с получением объединенного сигнала, предназначенного для передачи по линиям электропередачи, и выдает этот объединенный сигнал на кабель 330. При проведении сигналов, предназначенных для осуществления связи по линиям электропередачи, от узла 312 на ответвители 105 и/или 305 объединитель 320 принимает от узла 312 объединенный сигнал, предназначенный для осуществления связи по линиям электропередачи, и передает указанные сигналы на ответвители 105 и 305. Использование двух ответвителей, т.е. ответвителей 105 и 305, подходит, например, (а) для дифференциального ответвления на две фазы одной трёхфазной питающей линии так, чтобы устранить электромагнитные излучения, или (Ь) для ответвления на две питающие линии, отходящие в двух направлениях.

Модем 130 через кабель 330 соединен с объединителем 320 для обмена в двух направлениях сигналами, предназначенными для осуществления связи по линиям электропередачи. Модем 130, процессор 135, преобразователь 145 и преобразователь 150 функционируют, как в узле 112.

Фильтр 205 блокирует сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, и пропускает токочувствительное напряжение от ответвителя 105. На выходе фильтр 205 выдает отфильтрованное токочувствительное напряжение, которое соответствует току 1₁₀₁.

Фильтр 306 блокирует сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, и пропускает токочувствительное напряжение от ответвителя 305. На выходе фильтр 306 выдает отфильтрованное токочувствительное напряжение, которое соответствует току 1₃₀₁.

Процессор 340 через кабель 222 принимает отфильтрованное токочувствительное напряжение, соответствующее току 1₁₀₁, а через кабель 323 принимает отфильтрованное токочувствительное напряжение, соответствующее току 1₃₀₁. Входная схема процессора 340 содержит аналоговый мультиплексор (не показан), являющийся частью его входной схемы, или другое устройство, подходящее для обработки нескольких входных сигналов.

На фиг. 4 показана блок-схема системы 400, которая, как и система 100, содержит ответвитель 105 и узел 112. В системе 400 узел 112 функционирует как в системе 100. В отличие от системы 100 система 400 содержит схему 405, шунт 415 и кабель 410. С помощью кабеля 410 схема 405 и шунт 415 соединены с модулем 115.

Схема 405 функционирует совместно с ответвителем 105, пропуская сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, и блокируя сигналы промышленной частоты. Примерами подобной схемы являются ограничитель напряжения и/или трансформатор согласования полных сопротивлений.

Поскольку схема 405 блокирует сигналы промышленной частоты, шунт 415 образует канал для сигналов промышленной частоты от ответвителя 105 к узлу 112. Говоря более конкретно, шунт 415 обеспечивает проход токочувствительного напряжения от ответвителя 105 в обход схемы 405 в кабель 410. В кабеле 410 ниже схемы 405 выдаваемые схемой 405 сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, мультиплексируются с токочувствительным напряжением. Шунт 415 представляет собой эффективный фильтр низких частот и не оказывает существенного влияния на сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, на входе или выходе схемы 405. Модуль 115 через кабель 410 принимает мультиплексированный сигнал и с помощью фильтров 116 и 117 разделяет его на сигнал, предназначенный для осуществления связи по линиям электропередачи, и токочувствительное напряжение.

- 4 013000

На фиг. 5 показана схема части узла 112, иллюстрирующая пример реализации фильтров 116 и 117.

Модем 130 содержит трансформатор 520, который, в свою очередь, содержит первичную обмотку

515. Вторичная обмотка трансформатора 520 соединена с находящейся внутри модема 130 схемой связи.

Фильтр 116 содержит конденсатор 510, который последовательно соединен с обмоткой 515. Конденсатор 510, обмотка 515 и полное входное сопротивление Ζίη 540 модема вместе функционируют как фильтр высоких частот.

Фильтр 117 содержит реактивные катушки 525 и конденсатор 530. Катушки 525 пропускают сигнал токочувствительного напряжения (то есть низкочастотный сигнал) и блокируют сигналы, предназначенные для осуществления по линиям электропередачи. Конденсатор 530 фильтрует любые остаточные высокочастотные составляющие.

На фиг. 6 показана схема части системы 400, иллюстрирующая пример реализации шунта 415. В данном случае шунт содержит реактивные катушки 605, трансформатор 615 и конденсатор 625.

Как указано выше, схема 405 пропускает сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, и блокирует сигналы промышленной частоты. Катушки 605 образуют канал с низким полным сопротивлением для прохода сигнала токочувствительного напряжения (от пары 110) на первичную обмотку 610 трансформатора 615. Трансформатор 615 представляет собой низкочастотный трансформатор и может иметь непостоянное отношение витков, что позволяет масштабировать величину токочувствительного напряжения так, чтобы оно соответствовало диапазону входных напряжений преобразователя 140 или преобразователя 145 (см. фиг. 1С). Вторичная обмотка 620 трансформатора 615 последовательно соединена с проводом, по которому проходят выдаваемые на выходе схемы 405 сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи. При такой конфигурации сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, последовательно соединены с сигналами токочувствительного напряжения, благодаря чему происходит мультиплексная передача по кабелю 410. Конденсатор 625 имеет емкость несколько нанофарад и образует короткозамкнутую цепь для прохода (высокочастотных) сигналов, предназначенных для осуществления связи по линиям электропередачи, а для (низкочастотных) сигналов токочувствительного напряжения конденсатор 625 образует разомкнутую цепь. Именно поэтому для передачи низкочастотных сигналов обмотка 620 соединена с выходом схемы 405 последовательно.

На фиг. 7 показана блок-схема системы 700 для измерения фазы тока в линии электропередачи среднего напряжения по фазе промышленного напряжения. Система 700 содержит ответвитель 105, распределительный трансформатор 702 и узел 712 связи.

Трансформатор 702 трансформирует напряжение от линии 103 в низкое напряжение и подает питание потребителям в помещении 740. Кроме того, трансформатор 702 через линию 725 подачи низкого напряжения подает питание на узел 712.

Узел 712 содержит модуль 115, модем 130, процессор 140, преобразователь 145, процессор 135 и преобразователь 150, все из которых функционируют, как описано выше. Узел 712 также содержит фазовый детектор 730 и аналогово-цифровой преобразователь 750.

Детектор 730 определяет фазу тока 1₁₀₁ относительно опорной фазы. Говоря точнее, от линии 725 детектор 730 принимает опорное напряжение, а с выхода процессора 140 - усиленное токочувствительное напряжение, после чего на основании фазового соотношения между указанными опорным напряжением и усиленным токочувствительным напряжением детектор 730 определяет фазу тока 1₁о₁- На выходе детектор 730 выдает напряжение, которое представляет фазу тока 1₁₀₁ относительно фазы опорного напряжения, полученного от линии 725.

Преобразователь 750 имеет два входа:

(a) вход, через который поступают сигналы от детектора 730, то есть напряжение, представляющее фазу тока 1₁₀₁;

(b) вход, через который поступают сигналы от преобразователя 145, то есть представление токочувствительного напряжения по постоянному току.

Преобразователь 750 преобразует оба из указанных входных сигналов в цифровую форму и выдает фазовые данные и данные обнаружения тока.

Процессор 135 принимает от преобразователя 750 фазовые данные и данные обнаружения тока и отправляет их на модем 130.

Модем 130 модулирует фазовые данные и данные обнаружения тока в сигнал, предназначенный для осуществления связи по линиям электропередачи, и через модуль 115, ответвитель 105 и линию 103 передает этот сигнал другим узлам связи (на фиг. 7 не показаны), которые с помощью других ответвителей (на фиг. 7 не показаны) соединены с сетью линий электропередачи, частью которой является линия 103. Кроме того, для удобства обслуживающего персонала, работающего в конкретном месте, фазовые данные и данные обнаружения тока могут быть выведены на дисплей или на порт данных (не показаны), установленные на узел 712 или вблизи него.

На фиг. 8 показана блок-схема части энергораспределительной сети 800, сконфигурированной для измерения силовых характеристик на различных участках этой сети. Сеть 800 содержит трехфазную линию 825 электропередачи среднего напряжения, ответвители 805, 815 и 830, узлы 840, 845 и 850 связи и

- 5 013000 систему 855 мониторинга.

Ответвители 805, 815 и 830 сходны с ответвителем 105. Узлы 840, 845 и 850 сходны с узлом 712.

Ответвитель 805 расположен на участке 810 и соединен с узлом 840. Ответвитель 815 расположен на участке 820 и соединен с узлом 845. Ответвитель 830 расположен на участке 835 и соединен с узлом 850.

Система 855 тоже соединена с узлом 850.

Распределительный трансформатор 837 трансформирует напряжение от фазового провода линии 825 в пониженное напряжение и подает питание на нагрузки в помещении 852. Кроме того, трансформатор 837 подает питание на узел 840. Узлы 845 и 850 питаются схожим образом от других распределительных трансформаторов (не показаны).

Ответвитель 805 и узел 840 функционируют вместе для измерения тока, фазы и напряжения на участке 810. Узел 840 периодически через ответвитель 805, линию 825, ответвитель 830 и узел 850 отправляет системе 855 значения, измеренные для участка 810, в виде сигнала, предназначенного для осуществления связи по линиям электропередачи.

Ответвитель 815 и узел 845 функционируют вместе для обнаружения тока, фазы и напряжения на участке 820. Узел 845 периодически передает обнаруженные значения для участка 820 в виде сигнала, предназначенного для осуществления связи по линиям электропередачи, через ответвитель 815, линию 825, ответвитель 830 и узел 850 в систему 855.

Ответвитель 830 и узел 850 функционируют вместе для обнаружения тока, фазы и напряжения на участке 835. Узел 850 периодически посылает отчет об обнаруженных значениях для участка 835 в систему 855.

Система 855 находится на центральном пункте управления, то есть на подстанции. Система 855 принимает данные обнаружения от каждого из участков 810, 820 и 835 и формирует общую картину токов и других электрических параметров для всей сети 800. Система 855 содержит дисплей, аналитическое оборудование, записывающее оборудование и систему аварийной сигнализации, которые позволяют персоналу осуществлять мониторинг сети 800, быстро обнаруживать и устранять возникающие утечки электроэнергии, что повышает эффективность и понижает общую стоимость обслуживания сети 800.

Необходимо отметить, что ответвитель 805 установлен на нижнем фазовом проводе линии 825, а ответвитель 830 установлен на среднем фазовом проводе линии 825. Сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, проходят от одной фазы к другой, благодаря чему связь осуществляется независимо от фазового провода, на котором расположен ответвитель.

Хотя описанное здесь обнаружение относится к обнаружению параметров тех фазовых проводов, к которым прикреплены ответвители, можно установить стандартные автономные датчики тока (не показаны) и на другие фазы, прикрепить цифровые выходы этих датчиков к портам (не показаны) на узлах связи, таких как узел 840, и передавать системе 855 более полные данные. Схожим образом на линии электропередачи низкого или среднего напряжения могут быть установлены стандартные автономные датчики напряжения, данные от которых тоже поступают в систему 855. Соответственно, если коммунальному предприятию нужна полная картина всех токов и напряжений на некотором ответственном участке, оно может установить датчики таких типов, которые обычно используются этим предприятием, в других кабельных линиях (в противном случае не обнаруживаемых узлами 840, 845 и 850), а удобно расположенный узел 840, 845 или 850 может служить ретранслятором цифровых данных для этих дополнительных источников данных.

Хотя описанные здесь несколько систем показаны как осуществляющие обмен данными связи в двух направлениях при одновременном обнаружении параметров линии электропередачи, однако это условие не является обязательным. Например, в показанной на фиг. 1 системе 100 во время измерения узлом 112 тока 1₁₀₁ сигналы, предназначенные для осуществления связи по линиям электропередачи, в линии 103 могут отсутствовать. Так что сигнал, отводимый от линии 103 через ответвитель 105, может содержать только сигнал промышленной частоты и не содержать сигнала, предназначенного для осуществления связи по линии электропередачи. Кроме того, независимо от наличия в линии 103 сигнала, предназначенного для осуществления связи по линиям электропередачи, узел 112 также может быть выполнен без возможности двустороннего обмена данными, а выполнен с возможностью только отправки сигналов, предназначенных для осуществления связи по линиям электропередачи, через ответвитель 105. В этом случае узел 112 будет обнаруживать сигнал промышленной частоты и затем передавать данные, представляющие обнаруженный сигнал, в сигнале, предназначенном для осуществления связи по линиям электропередачи, через ответвитель 105 на удаленную станцию мониторинга. Кроме того, узел 112 может быть выполнен без возможности передачи через ответвитель 105 сигналов, предназначенных для осуществления связи по линиям электропередачи. Например, узел 112 может обнаруживать, обрабатывать и представлять некоторый результат на интерфейс, находящийся рядом с узлом 112, без необходимости передавать какие бы то ни было данные в другое устройство.

Система, предназначенная для измерения величины и/или фазы тока в линии электропередачи среднего или высокого напряжения, а также для передачи результатов измерений, предпочтительно не допускает поступления напряжений смертельно опасных значений в измерительную схему и обеспечивает защиту от перенапряжения, которое возникает в подобных линиях в процессе работы. Описанные в

- 6 013000 настоящем тексте системы содержат индуктивный ответвитель, который обеспечивает возможность измерения тока и возможность обмена данными, благодаря чему данные измерений не сложно сконцентрировать в центральном пункте для анализа, включения аварийной сигнализации, записи или обнаружения неисправностей.

Описанные выше варианты реализации являются лишь примерами, которые могут быть изменены или модифицированы без выхода за рамки объема настоящего изобретения. Например, в приведенном выше описании фильтр 116, фильтр 117 и шунт 415 выполнены из отдельных компонентов (то есть отдельных конденсаторов и отдельных индуктивных элементов), однако, они могут быть реализованы в виде цифровых схем, в которых соответствующие операции выполняются путем цифровой обработки сигналов. Все изменения и модификации, находящиеся в рамках определенного формулой объема настоящего изобретения, считаются включенными в настоящее изобретение.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ измерения параметра тока, протекающего в линии электропередачи, включающий преобразование тока промышленной частоты, протекающего в линии электропередачи, в напряжение промышленной частоты с помощью индуктивного ответвителя, который ответвляет сигнал связи от указанной линии электропередачи;

отделение указанного напряжения промышленной частоты от указанного сигнала связи;

определение значения некоторого параметра указанного тока промышленной частоты на основании указанного напряжения промышленной частоты;

модулирование указанного значения в результирующий сигнал связи;

передачу указанного результирующего сигнала связи в указанную линию электропередачи через указанный индуктивный ответвитель.
2. Способ по п.1, согласно которому указанный индуктивный ответвитель содержит:

(a) магнитный сердечник, имеющий сквозное отверстие, через которое проходит указанная линия электропередачи, служащая первичной обмоткой указанного индуктивного ответвителя;

(b) вторичную обмотку, которая намотана вокруг части магнитного сердечника и в которой индуцируется указанное напряжение промышленной частоты.
3. Способ по п.1, согласно которому указанное отделение содержит пропуск указанного напряжения промышленной частоты через фильтр, блокирующий указанный сигнал связи.
4. Способ по п.3, согласно которому указанный сигнал связи подают на схему, которая его пропускает и блокирует указанное напряжение промышленной частоты; которое затем направляют в обход указанной схемы; подвергают мультиплексированию вместе с сигналом после указанной схемы с получением мультиплексированного сигнала, который подвергают демультиплексированию перед указанным определением.
5. Способ по п.1, в котором промышленная частота находится в диапазоне 50-60 Гц, а частота сигнала связи больше 1 МГ ц.
6. Способ по п.1, согласно которому указанный параметр выбран из группы, в которую входят:

(a) величина указанного тока промышленной частоты;

(b) фаза указанного тока промышленной частоты относительно опорной фазы.
7. Способ по п.1, согласно которому указанный индуктивный ответвитель содержит:

(a) магнитный сердечник, имеющий сквозное отверстие, через которое проходит указанная линия электропередачи, служащая первичной обмоткой указанного индуктивного ответвителя;

(b) вторичную обмотку, которая намотана вокруг части магнитного сердечника и в которой индуцируется указанный передаваемый сигнал, причем для указанного отделения пропускают указанное напряжение промышленной частоты через фильтр, который блокирует указанный сигнал связи.
8. Система для измерения параметра тока, протекающего в линии электропередачи, содержащая индуктивный ответвитель, который:

(a) передает сигнал связи от линии электропередачи;

(b) преобразует ток промышленной частоты, протекающий по указанной линии электропередачи, в напряжение промышленной частоты;

фильтр, который отделяет указанное напряжение промышленной частоты от указанного сигнала связи;

процессор, который определяет значение некоторого параметра указанного тока промышленной частоты на основании указанного напряжения промышленной частоты;

модулятор, модулирующий указанное значение в результирующий сигнал связи, причем указанная система ответвляет указанный результирующий сигнал связи через указанный индуктивный ответвитель в указанную линию электропередачи.
9. Система по п.8, в которой индуктивный ответвитель содержит:

(а) магнитный сердечник, имеющий сквозное отверстие, через которое проходит указанная линия электропередачи, служащая первичной обмоткой указанного индуктивного ответвителя; и

- 7 013000 (Ь) вторичную обмотку, которая намотана вокруг части магнитного сердечника и в которой от указанного напряжения промышленной частоты индуцируется указанное значение некоторого параметра указанного тока промышленной частоты.
10. Система по п.8, в которой указанный фильтр пропускает указанное напряжение промышленной частоты и блокирует указанный сигнал связи.
11. Система по п.10, в которой указанный сигнал связи подается на схему, его пропускающую и блокирующую указанное напряжение промышленной частоты, и которая дополнительно содержит шунт, по которому указанное напряжение промышленной частоты направляется в обход указанной схемы;

средства мультиплексирования указанного напряжения промышленной частоты вместе с указанным сигналом связи после указанной схемы с получением мультиплексированного сигнала;

средства демультиплексирования указанного мультиплексированного сигнала, так что указанный процессор может определить указанное значение.
12. Система по п.8, в которой промышленная частота находится в диапазоне 50-60 Гц, а частота сигнала связи больше 1 МГц.
13. Система по п.8, в которой указанный параметр выбран из группы, в которую входят:

(a) величина указанного тока промышленной частоты;

(b) фаза указанного тока промышленной частоты относительно опорной фазы.
14. Система по п.8, в которой индуктивный ответвитель содержит:

(a) магнитный сердечник, имеющий сквозное отверстие, через которое проходит указанная линия электропередачи, служащая первичной обмоткой указанного индуктивного ответвителя;

(b) вторичную обмотку, которая намотана вокруг части магнитного сердечника и в которой индуцируется указанный передаваемый сигнал, причем указанный фильтр пропускает указанное напряжение промышленной частоты и блокирует указанный сигнал связи.
15. Устройство для измерения тока, протекающего в линии электропередачи, содержащее фильтр, который отделяет напряжение промышленной частоты от сигнала связи, поступающего через ответвитель от линии электропередачи, проводящей ток промышленной частоты;

процессор, который определяет значение некоторого параметра указанного тока промышленной частоты на основании указанного напряжения промышленной частоты, и модулятор, который модулирует указанное значение в результирующий сигнал связи для передачи через указанный индуктивный ответвитель в линию электропередачи.
16. Устройство по п.15, в котором указанный фильтр пропускает указанное напряжение промышленной частоты и блокирует указанный сигнал связи.
17. Устройство по п.15, в котором частота напряжения промышленной частоты находится в диапазоне 50-60 Гц, а частота сигнала связи больше 1 МГц.