CC BY
88
УДК 621.311
В.В.Колобов, М.Б.Баранник, П.И.Прокопчук
ГЕНЕРАТОР КНЧ-ДИАПАЗОНА ДЛЯ ГЛУБИННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛЭП СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Аннотация
Рассмотрена возможность использования КНЧ-генератора «Энегия-2» мощностью 200 кВт, питающегося от трехфазной сети напряжением 380 В, для проведения электромагнитных зондирований с использованием в качестве антенны СпецЛЭП объекта «Зевс». Представлены результаты разработки нового КНЧ-генератора «Энергия-Зевс» мощностью до 30 кВт c питанием от двух генераторов постоянного тока. Рассмотрены структурная схема и конструкция генератора. Также приведены расчетно-теоретические обоснования выбора схемотехнического решения и элементной базы согласующего устройства продольной компенсации генератора «Энергия-Зевс».
Ключевые слова:
КНЧ-генераторы, электромагнитные зондирования, линии электропередачи, генераторы постоянного тока, согласующее устройство, продольная компенсация.
V.V.Kolobov, M.B.Barannik, P.I.Prokopchuk
ELF GENERATOR FOR ELECTROMAGNETIC SOUNDINGS WITH SPECIAL POWER LINE
Abstract
The possibility of using 200 kW ELF generator «Energy-2» for electromagnetic soundings with special power line used as transmitting line is considered. The generator is powered by a three-phase 380 V AC. The development of a new 30 kW ELF generator «Energy-Zevs» for the same purposes powered by two DC generators is discussed. Electric circuit and construction of the generator are described. The results of electronic circuit design and selection of electronic components of capacitive longitudinal compensation unit for «Energy-Zevs» generator are presented.
Keywords:
ultra low frequency transmitters, electromagnetic soundings, power lines, DC generators, matching unit, capacitive longitudinal compensation.
Для проведения электромагнитных зондирований с использованием в качестве антенны спецЛЭП объекта «Зевс» была проведена оценка возможности использования и необходимых доработок генераторов «Энегия-2» и «Энергия-2М». КНЧ-генератор «Энергия-2» [1] изначально был создан для работы на антенну в виде примышленной высоковольтной ЛЭП и успешно прошел натурные испытания в ходе международного эксперимента «FENICS-2009» [2]. Структура генератора приведена на рис. 1.
Рис.1. Структурная схема генератора «Энергия-2»:
ТСН п/с - питающий трансформатор собственных нужд электрической подстанции; ЯЛЭП - активное сопротивление проводов спецЛЭП; L^fi - индуктивность проводов спецЛЭП; R3 - сопротивление заземления дальнего конца линии; ПП - повышающий преобразователь; ВВ - высоковольтный выпрямитель; ВИ - высоковольтный инвертор; СУ - согласующее устройство; СУРЗА - схема управления, регулирования защиты и автоматики; ПУиИ - пульт управления и индикации
Выходной инвертор генератора (ВИ) выполнен по мостовой схеме на основе мощных IGBT-модулей. Синусоидальная форма тока в нагрузке формируется методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). На рабочих частотах, когда реактивное сопротивление излучающей линии начинает ограничивать силу тока в антенне, используется согласующее устройство (СУ) продольной компенсации. При работе на частотах, требующих применения СУ, на выходе инвертора формируется меандр, а синусоидальность тока в антенне обеспечивается резонансом. При этом величина емкости СУ при переходе на другую частоту генерации должна изменяться так, чтобы выполнялось соотношение:
1
2п/г Алэп = 2nf с . (1)
2п/г ССУ
Генератор «Энергия-2» имеет следующие основные технические характеристики:
• питание от трехфазной сети напряжением 380 В частотой 50 Гц;
• максимальная выходная мощность - 200 кВт;
• максимальный ток в нагрузке - 300 А;
• максимальное напряжение на нагрузке - 1000 В;
• максимальная выходная мощность - 200 кВт;
• рабочий диапазон частот 0.001-500 Гц.
Оценим возможность применения по выходным энергетическим характеристикам генератора «Энергия-2» при использовании в качестве антенны первой и второй линий спецЛЭП в различной конфигурации подключения. Максимальная выходная мощность развивается генератором на низших частотах, когда полное сопротивление нагрузки в виде ЛЭП соответствует сопротивлению на постоянном токе Rdc. В состав Roc входит активное сопротивление проводов линии и сопротивления заземляющих устройств. По результатам предыдущих работ с использованием спецЛЭП были получены соответствующие значения сопротивления Rdc: для первой линии - 8.5 Ом, для второй линии - 11 Ом, для параллельно соединенных линий - 5.6 Ом.
Максимальная выходная мощность в нагрузке развивается при использовании параллельно соединенных линий и на максимальном выходном напряжении составляет Ршх=ивых2/КдС=10002/5.6«179 кВт, что меньше максимальной мощности генератора. Таким образом, генератор «Энергия-2» может быть без ограничений использован для формирования тока в антенной системе на основе спецЛЭП. Для работы на максимально возможном токе в антенне, определяемом только параметрами линии, во всем диапазоне частот требуется создание системы компенсации индуктивности линии - согласующего устройства продольной компенсации.
Схема согласующего устройства выполняется в виде последовательно-параллельного соединения силовых конденсаторных батарей и с помощью ключей, имеющих внешнее управление, изменяет свою структуру таким образом, что емкостное сопротивление согласующего устройства на каждой рабочей частоте равно индуктивному сопротивлению антенны. Коммутация ключей может производиться как дистанционно устройствами автоматики, так и вручную персоналом.
Разработка электрической схемы согласующего устройства, состоящего из достаточно ограниченного набора типономиналов конденсаторов, но обеспечивающего высокую эффективность компенсации реактивной составляющей излучающей антенны в виде ЛЭП в широком диапазоне частот генерации, подробно рассмотрена авторами в [3]. Здесь лишь приведем схему СУ (рис.2) и краткое описание ее работы.
Рис. 2. Функциональная схема согласующего устройства генератора «Энергия-2»:
ВИ - высоковольтный инвертор; СУ - согласующее устройство; БУСУ - блок управления согласующим устройством; СУРЗА - схема управления, регулирования, защиты и автоматики генератора «Энергия-2»; КМ1-КМ11 - магнитные контакторы
Выходной сигнал инвертора поступает на согласующее устройство продольной компенсации СУ. В состав СУ входит 9 высоковольтных конденсаторов (С1-С9) с различными номиналами емкости и 11 магнитных контакторов (KM1-KM11), с помощью которых конденсаторы коммутируются таким образом, чтобы обеспечить необходимую емкость СУ. Необходимая конфигурация схемы коммутации контакторов собирается автоматически при смене частоты генерации при отключенном ВИ. Логические сигналы управления контакторами формируются в блоке формирования сигналов управления (БФСУ) и далее поступают на плату управления согласующим устройством (ПУСУ), где преобразуются в аналоговые сигналы, подаваемые непосредственно на магнитные контакторы. При конфигурировании схемы СУ для формирования необходимой суммарной емкости одновременно должны включаться несколько магнитных контакторов, что приводит к возникновению в этот момент больших пусковых токов по шине питания втягивающих обмоток. Для ограничения этих токов в микропрограмму контроллера БФСУ заложен оригинальный алгоритм включения нужных контакторов с некоторой задержкой (последовательно). Такой алгоритм также обеспечивает снижение механической вибрации и акустического шума в момент конфигурирования емкости СУ.
Подробнее остановимся на выборе типов конденсаторов для практической реализации такого СУ с учетом параметров антенны - спецЛЭП. Известно, что напряжения, возникающие на конденсаторах при резонансе, значительно превосходят выходное напряжение генератора. Величину этих напряжений необходимо учитывать при выборе типов конденсаторов, используемых в СУ. Так как выходной сигнал генератора
при работе на СУ имеет форму меандра, то для действующего значения первой гармоники выходного напряжения в этом случае можно записать:
1000 Х1.27
V2
900А,
(2)
где 1000 В - максимальное напряжение на звене постоянного тока высоковольтного инвертора генератора «Энергия-2». Зависимость первой гармоники тока через СУ от частоты может быть найдена как:
Л(®) = UJ Я(&), (3)
где R(a>)=Re\Z((A)\ - активная составляющая полного сопротивления линии спецЛЭП. Полное сопротивление Z(a) линии в общем виде может быть найдено:
ZИ = 1й£ • (Zai?aS И + Zeei И + ZiSia И) + ^
где /лин - длина излучающей линии; Zo^a) - погонное сопротивление возвратному току в земле; Z^o») - погонное реактивное сопротивление линии с учетом высоты подвеса провода; Zpo^a) - реактивное сопротивление проводов линии; Z3y - суммарное сопротивление заземляющих устройств. Методика расчета полного сопротивления нулевой последовательности ЛЭП представлена в [3]. На рис.3. приведены результаты расчета частотной зависимости активной составляющей полного сопротивления первой и второй линии, а также двух параллельно соединенных линий спецЛЭП.
а б
Рис. 3. Зависимость активной составляющей полного сопротивления первой (а), второй (б) линии и двух параллельно соединенных линий (с) спецЛЭП от частоты
Действующее значение напряжения на выводах конденсаторов СУ:
Uсу (/) -
Л (/)
2п/Ссу(/)'
(5)
где Ccy(f) - значение емкости СУ, необходимой для выполнения условия согласования (резонанса) на частоте генерации f.
Зависимость напряжения на конденсаторах СУ от частоты приведена на рис.4. Для экономии места приведены зависимости только для случая работы генератора на первую и вторую линии спецЛЭП по отдельности. Из графиков видно, что при работе на частоте 500 Гц напряжение на конденсаторах СУ может составлять величину 4-5 кВ, что значительно превышает выходное напряжение генератора. Это необходимо принимать во внимание при выборе типов конденсаторов для СУ.
а
б
Рис.4. Зависимость действующего значения напряжения на выводах конденсаторов СУ от частоты генерации при использовании в качестве антенны линии 1 (а) и линии 2 (б) спецЛЭП при выходном напряжении генератора 1000 В
Другим параметром, который должен учитываться при выборе типа конденсаторов, является номинальная суммарная мощность СУ, выраженная в кВАр: (/) = (/) • Iу (/) . На рис.5 приведена частотная зависимость требуемой
реактивной мощности СУ при работе генератора на первую и вторую линии спецЛЭП в режиме максимальной выходной мощности.
Третий параметр, учитываемый при выборе элементной базы СУ, - допустимая сила тока через конденсатор, которая может быть вычислена через допустимое рабочее напряжение конденсатора и его реактивное сопротивление на данной частоте согласования.
Так как все перечисленные параметры конденсаторов СУ (емкость, мощность, допустимое напряжение и сила тока) связаны между собой, то выбор конкретных типов конденсаторов СУ достаточно сложная задача. Подробнее вопрос применения в разработанном СУ (рис.2) конкретных типов конденсаторов рассмотрен в [3], здесь лишь приведем их типономиналы: С1 - КЭПФ-6.3-200-2УХЛ1 - 16.47 (16.54) мкФ; С2 - КЭПФ-4.0-300-2УХЛ1 - 30 (30.2) мкФ; С3 - КЭПФ-4.0-150-2УХЛ1 - 60 (59.75) мкФ; С4, С5 - КЭП2-2.1-200-2У1 - 144 (146.5, 145.9) мкФ; С6 - К78-42-5000В - 400 (401.6) мкФ;
С7, С8 - К78-42-2500В - 1100 (1092, 1102) мкФ; С9 - К78-42-2500В - 3000 (3290) мкФ. Перед скобками приведены номинальные значения емкостей, заявленные производителем, а в скобках даны реальные значения, измеренные с помощью LC-метра. Реальные значения емкости конденсаторов нужны для более точного расчета необходимой суммарной компенсирующей емкости на конкретной частоте генерации и тем самым обеспечения лучшей компенсации индуктивности линии и увеличения силы тока в антенне.
а б
Рис.5. Зависимость требуемой реактивной мощности СУ от частоты генерации при использовании в качестве антенны линии 1 (а) и линии 2 (б) спецЛЭП
Внешний вид действующего макета разработанного СУ приведен на рис.бб. Для сравнения на рис.ба приведена фотография внешнего СУ, использовавшегося в генераторе «Энергия-2» в ходе эксперимента «FENICS-2009».
а
б
Рис. 6. Внешний вид согласующего устройства генератора «Энергия-2», использовавшегося ранее (а) и вновь разработанного (б)
В таблице 1 приведен проектный режим работы генератора «Энергия-2» на антенну спецЛЭП в 2013 г. Частоты с 5-й по 14-ю требуют применения согласующего устройства. В табл.2 приведены расчетные емкости СУ и реальные емкости, формируемые коммутацией конденсаторов, входящих в СУ, для различных частот и разных вариантов конфигурации излучающей антенны при работе:
• на первую линию спецЛЭП (ZA=0.1 Гн);
• на вторую линию спецЛЭП (ZA=0.115 Гн);
• на параллельно соединенные линии (ZA=0.073 Гн).
Таблица 1
Проектный режим работы генератора «Энергия-2» на антенну спецЛЭП
№ частоты Частота, Гц Длительность, мин | Форма сигнала | Компенсация
1 0.192 20 Меандр Нет
2 0.942 10 То же То же
3 1.942 5 » »
4 3.822 5 Ближе к меандру »
5 6.422 4 Синус »
6 9.422 3 То же »
7 13.82 3 » »
8 19.42 3 » »
9 38.22 3 » »
10 64.22 3 » »
11 94.22 3 » »
12 194.2 3 » »
13 332.2 3 » »
14 533.2 3 » »
Таблица 2
Расчетная и реальная емкость СУ генератора «Энергия-2» на различных частотах при использовании разных вариантов подключения линий спецЛЭП
Антенна Первая линия Вторая линия Параллельно соединенные линии
частота, Гц расчет Ссу, мкФ реальн. Ссу, мкФ расчетн. Ссу, мкФ реальн. Ссу, мкФ расчетн. Ссу, мкФ реальн. Ссу, мкФ
6.42 5584 5582.4 5341 5346.9 8414 -
9.42 2594 2600 2481 2496 3909 3902.4
13.82 1206 1204 1153 1154.4 1817 1812.5
19.42 610.6 606.4 584 580 920.1 918.9
38.22 157.6 160.4 150 148 237.54 234.4
64.22 55.8 56.4 53.4 56.4 84.14 86.4
94.22 25.94 30 24.8 30 39.09 46.5
194.2 6.1 - 5.8 - 9.29 -
332.2 2.0 - 1.99 - 3.14 -
533.2 0.81 - 0.77 - 1.22 -
Как видно из табл.2, при использовании линий спецЛЭП
в различной конфигурации компенсация возможна на частотах
от 5-й (6-й для параллельного соединения линий) до 11-й. Верхние
три частоты требуют введения дополнительных конденсаторов малой емкости. В целом можно заключить, что разработанное автоматизированное
СУ продольной компенсации для генератора «Энергия-2» обеспечивает эффективную компенсацию реактивной составляющей излучающей антенны (линий спецЛЭП, подключенных в различной конфигурации) в ограниченном диапазоне (6-94 Гц) рабочих частот.
Для электромагнитных зондирований с использованием в качестве антенны спецЛЭП объекта «Зевс» был также разработан КНЧ-генератор с автономным питанием, получивший обозначение «Энергия-Зевс». Генератор разрабатывался на базе двухканального КНЧ-генератора «Энергия-2М» мощностью до 29 кВт, предназначенного для подачи сигналов одинаковой частоты, но разной амплитуды и фазы в две ортогональные заземленные антенны с целью получения управляемой диаграммы направленности. Принцип действия и конструкционное исполнение генератора «Энергия-2М» подробно изложены в [4]. При разработке генератора «Энергия-Зевс» учитывалось, что нагрузкой генератора будет одна из линий спецЛЭП, а также возможна работа на параллельно соединенные линии спецЛЭП.
Функциональная схема генератора «Энергия-Зевс» приведена на рис. 7. Высоковольтный инвертор (ИНВ) состоит из двух идентичных инверторов (канала А и канала B), имеющих общую схему управления. В состав каждого инвертора входят два силовых полумостовых IGBT-модуля, схемы драйверов управления IGBT-модулями (ДРВ), конденсаторы звена постоянного тока (СИНВА, СИНВВ), дроссель выходного фильтра НЧ (Хф), а также датчики выходного тока (ДТ А, ДТ В) и напряжения, шины звена постоянного тока (ДН А, ДН В). Подача напряжения с выходов генераторов постоянного тока (ГПТ) на входы инвертора осуществляется магнитным контактором KM. СОП - схема ограничения перенапряжений - задействована для быстрого разряда конденсаторов (СШ) звена постоянного тока инвертора канала А.
Так как выходная мощность генератора «Энергия-Зевс» ограничена суммарной мощностью питающих генераторов постоянного тока П-72, составляющей 29 кВт, в инверторе задействован только один канал - канал А. Силовая часть канала B не задействована. В генераторе используется система управления регулирования защиты и автоматики (СУРЗА) от генератора «Энергия-2М» с измененной программой управления центрального микроконтроллера.
В качестве силового источника питания используются два автономных генератора постоянного тока (ГПТ-1, ГПТ-2) типа П-72 электроразведочной станции ЭРС-67 выходной мощностью до 14.5 кВт и напряжением до 500 В каждый. Разработана схема коммутации выходов ГПТ на основе ключа SA1, позволяющая реализовать одну из схем соединения ГПТ для питания звена постоянного тока высоковольтного инвертора. При верхнем положении SA1 на рис.7 генераторы ГПТ-1 и ГПТ-2 соединены параллельно и обеспечивают выходное напряжение до 500 В и ток до 60 А. При нижнем положении SA1 генераторы включаются последовательно и формируют на звене постоянного тока инвертора напряжение до 1000 В, обеспечивая силу тока до 30 А. Выбор схемы подключения ГПТ определяется частотой генерации.
Выше, на рис.3, приведены зависимости активной составляющей Rf) полного сопротивления излучающей линии Zf) спецЛЭП от частоты. В состав R(f входят сопротивления ближнего и дальнего заземления линии, сопротивление проводов линии с учетом взаимовлияния и высоты подвеса, сопротивление возвратному току.
Оценим мощность, потребляемую генератором «Энергия-Зевс» от ГПТ, для каждого из трех возможных вариантов подключения линий спецЛЭП. При работе на вторую линию, имеющую сопротивление на постоянном токе 11 Ом, потребляемая от ГПТ мощность на нижней частоте составит величину 22.9 кВт, что меньше суммарной мощности питающих генераторов, и при увеличении частоты будет уменьшаться. Следовательно, на вторую линию во всем частотном диапазоне можно работать без ограничения выходного напряжения ГПТ. Первая линия имеет
сопротивление на постоянном токе 8.5 Ом, мощность, потребляемая от НИ, на нижней частоте составит 29.8 кВт, что близко к допустимой суммарной мощности ГПТ (29 кВт). В целом можно заключить, что работа на первую линию во всем частотном диапазоне также может проходить без ограничения выходного напряжения ГПТ. При параллельном соединении линий из-за уменьшения Rf) в диапазоне частот от 0 до 130 Гц необходимо ограничивать выходное напряжение параллельно включенных генераторов постоянного тока таким образом, чтобы! отбираемая от них мощность не превышала 29 кВт.
Рис. 7. Функциональная схема генератора «Энергия-Зевс»:
АВСН- автоматический выключатель собственных нужд; ГПТ-1, ГПТ-2 - генераторы постоянного тока; ШУГПТ - шкаф управления генераторами постоянного тока; ИПТВ - источник постоянного тока возбуждения ГПТ; ОВ - обмотка возбуждения; КМ - контактор магнитный; ИНВ - инвертор; СОП - схема ограничения перенапряжений; СШ - конденсаторы звена постоянного тока инвертора; ДРВ - драйверы управления IGBT-модулями; ДН А - датчик напряжения канала А; ДТ А - датчик тока канала А; Ьф - дроссель выходного фильтра НЧ; СУ - согласующее устройство; СУРЗА - схема управления, регулирования, защиты и автоматики; ИБП - многоканальный импульсный блок питания; АЦП - внешний аналогово-цифровой преобразователь; ОСЦ - осциллограф; ПК - портативный компьютер
Рассмотрим необходимую для максимальной отдачи энергии в нагрузку во всем частотном диапазоне конфигурацию соединения ГПТ. Расчетные графики зависимости тока (амплитудное значение) в нагрузке от частоты при работе на линию 1 (а) и линию 2 (б) и на две линии, соединенные в параллель (в), приведены на рис.8. Необходимо отметить, что все приведенные ниже значения и зависимости для частот выше 14 Гц рассчитаны с использованием СУ и соответствуют режиму резонанса, когда потребляемая от ГПТ мощность является чисто активной.
При работе на первую линию на частоте 94.22 Гц ток, потребляемый от параллельно соединенных ГИТ, составит 31.4 А, а на частоте 194.2 Гц он падает до 24 А, следовательно, на частоте 194.2 Гц и выше необходимо переходить на режим с последовательным соединением ГИТ и ограничением их выходной мощности по току до 30 А регулировкой оборотов приводящего двигателя.
Ири работе на вторую линию ток, потребляемый от ГИТ, уже на частоте 38.22 Гц составит величину 29.4 А, соответственно, переходить на последовательное соединение ГИТ при работе на вторую линию необходимо на частотах от 38.22 Гц и выше.
Ири работе генератора на нагрузку в виде параллельно соединенных линий спецЛЭП на частотах до 400 Гц питание инвертора осуществляется от параллельно соединенных ГИТ (участок 1 на рис.8в). Причем до частоты 130 Гц работа осуществляется с ограничением выходного напряжения ГИТ регулировкой оборотов приводящего двигателя таким образом, чтобы потребляемая от генераторов мощность не превышала 29 кВт, а после - на максимальном выходном напряжении. На частотах выше 400 Гц ГИТ включаются последовательно (участок 2 на рис.8в).
а б
в
Рис.8. Расчетные зависимости амплитудного значения тока в нагрузке от частоты при работе генератора «Энергия-Зевс» на линию 1 (а), линию 2 (б) и параллельно соединенные линии 1 и 2 (в) спецЛЭП
Внешний вид стойки высоковольтного инвертора и размещение основных блоков генератора «Энергия-Зевс» в кунге автомашины приведены на рис.9 и 10.
Рис.9. Внешний вид стойки инвертора с открытой дверцей:
1 - переключатель схемы соединения генераторов постоянного тока; 2 - батарея конденсаторов звена постоянного тока инвертора; 3 - гасящий резистор схемы ограничения перенапряжений; 4 - плата схемы управления, регулирования, защиты и автоматики
Рис.10. Внешний вид блоков генератора «Энергия-Зевс»:
1 - шкаф управления генераторами постоянного тока (ШУГПТ); 2 - переключатель схемы соединения ГПТ; 3 - шкаф инвертора; 4 - неиспользуемые блоки генератора «Энергия-2М»; 5, 6 - стол и сиденье персонала
После проведения расчетно-теоретических работ был выполнен проект электрической схемы согласующего устройства генератора «Энергия-Зевс», состоящего из ограниченного набора типономиналов конденсаторов,
но обеспечивающего высокую эффективность компенсации реактивной составляющей излучающей антенны в диапазоне частот генерации до 533 Гц. Схема СУ генератора «Энергия-Зевс» приведена на рис.11. В состав СУ входит 24 высоковольтных конденсатора (С1-С24) с различными номиналами емкости и 14 перемычек (X1-X14), с помощью которых конденсаторы коммутируются таким образом, чтобы обеспечить необходимую емкость СУ для компенсации индуктивности линии спецЛЭП во всем диапазоне дискретных частот генерации.
Рис.11. Принципиальная схема СУ генератора «Энергия-Зевс»:
ЛЭП - линия электропередачи; Х1-Х14 - разъемные перемычки;
С1-С24 - конденсаторы СУ; Др.ф. - дроссель фильтра ШИМ
Как уже отмечалось выше, при обеспечении полной компенсации индуктивности линий спецЛЭП выходное напряжение СУ генератора на максимальной рабочей частоте может достигать нескольких киловольт, что учитывалось при выборе типов конденсаторов и их допустимого рабочего напряжения. Одновременное соединение перемычек Х2 и Х3 замыкает СУ, при этом антенна подключается через фильтрующий дроссель непосредственно к выходу инвертора генератора. Такое подключение применяется на частотах ниже 19.42 Гц, когда синусоидальность формы тока в антенне обеспечивается широтно-импульсной модуляцией.
Проектный режим работы генератора «Энергия-Зевс» на антенну спецЛЭП соответствует приведенному в табл.1. В табл.3 приведены расчетные емкости СУ и реальные емкости, формируемые коммутацией конденсаторов, входящих в СУ, для различных частот и разных вариантов конфигурации излучающей антенны. Как видно из табл.3, СУ генератора «Энергия-Зевс» позволяет компенсировать индуктивность линий спецЛЭП в любой конфигурации подключения во всем диапазоне частот.
Таблица 3
Расчетная и реальная емкость СУ генератора «Энергия-Зевс» на различных частотах при использовании разных вариантов подключения линий спецЛЭП
Антенна Первая линия Вторая линия Параллельно соединенные линии
частота, Гц расчетн. Ссу, мкФ реальн. Ссу, мкФ расчетн. Ссу, мкФ реальн. Ссу, мкФ расчетн. Ссу, мкФ реальн. Ссу, мкФ
19.42 610.6 610 584 600 920.066 920
38.22 157.6 159 150 150 237.54 237
64.22 55.8 56 53.4 56 84.135 84
94.22 25.94 26 24.8 25 39.087 39
194.2 6.1 5.9 5.8 5.7 9.199 9.2
332.2 2.0 2 1.99 2 3.144 3.144
533.2 0.81 0.72 0.77 0.72 1.22 1.22
19.42 610.6 610 584 600 920.066 920
38.22 157.6 159 150 150 237.54 237
64.22 55.8 56 53.4 56 84.135 84
При оценке возможности применения генераторов «Энегия-2» и «Энергия-Зевс» для проведения электромагнитных зондирований с использованием в качестве антенны спецЛЭП объекта «Зевс» можно заключить.
1. Выходная мощность 200 кВт генератора «Энегия-2», питающегося от трехфазной сети напряжением 380 В, позволяет работать на нагрузку в виде каждой из линий спецЛЭП по отдельности и на две линии, соединенные параллельно на максимальном выходном напряжении (1000 В). При этом во всем частотном диапазоне (0.001-500 Гц) ток в антенне ограничивается только сопротивлением излучающего контура. В то же время генератор «Энегия-2» требует наличия питающего трансформатора соответствующей мощности и прокладки силового кабеля, а диапазон конфигурируемой емкости ранее разработанного автоматизированного СУ не перекрывает весь диапазон частот генерации.
2. Разработанный генератор «Энергия-Зевс» обладает большей автономностью, чем генератор «Энергия-2», так как не требует прокладки питающего кабеля и может быть оперативно размещен в месте, удобном для подключения к любой из линий спецЛЭП. Согласующее устройство генератора позволяет скомпенсировать индуктивность линий спецЛЭП при работе на каждую из линий в отдельности и на две линии, соединенные в параллель, в диапазоне частот 19.42-533 Гц. Использование на нижних и верхних частотах различной схемы соединения генераторов постоянного тока, питающих выходной инвертор генератора, позволяет работать на первую и вторую линии спецЛЭП без ограничения выходного напряжения практически во всем частотном диапазоне, при этом ток в антенне ограничивается только параметрами линии. В то же время при работе генератора «Энергия-Зевс» на две параллельно соединенные линии спецЛЭП ток в антенне ограничивается суммарной мощностью питающих генераторов постоянного тока.
Литература
1. Колобов В.В., Баранник М.Б., Жамалетдинов А.А. Генераторно-измерительный комплекс «Энергия» для электромагнитного зондирования литосферы и мониторинга сейсмоактивных зон. СПб.: СоЛо, 2013. 240 с.
2. Глубинные электромагнитные зондирования литосферы восточной части Балтийского
(Фенноскандинавского) щита в поле мощных контролируемых источников и промышленных ЛЭП (эксперимент «FENICS») / ААЖамалетдинов, А.НШевцов, Т.Г.Короткова, Ю.А.Копытенко, В.СИсмагилов, М.С.Петрищев, Б.В.Ефимов, М.Б.Баранник, В.В.Колобов, ПИПрокопчук, М.Ю.Смирнов, С.А.Вагин, М.И.Пертель, Е.Д.Терещенко, А.Н.Васильев, В.Ф.Григорьев, М.Б.Гохберг, В.И.Трофимчик, Ю.М.Ямпольский, А.В.Колосков, А.В.Федоров, Т.Корья // Физика Земли. 2011. 1. С. 4-26.
3. Разработка согласующего устройства стационарного источника электромагнитного излучения экстремально низкочастотного диапазона / Е.Д.Терещенко, М.Б.Баранник, В.Ф.Григорьев, ВВИвонин, В.В.Колобов, А.Н.Миличенко, ПИПрокопчук, В.Н.Селиванов // Труды КНЦ РАН. 2012. Т. 4, №> 1. С. 68-77.
4. Генераторно-измерительный комплекс направленного действия «Энергия-2М»
для сейсмического мониторинга и зондирования рудных объектов / М.Б.Баранник, В.В.Колобов, А.Н.Шевцов, А.А.Жамалетдинов // Сейсмические приборы. 2012. Т. 48, 1. С. 1-22.
Сведения об авторах
Колобов Виталий Валентинович,
ведущий научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н.
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: 1_i@mail.ru
Баранник Максим Борисович,
ведущий инженер лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: maxbar@ien.kolasc.net.ru
Прокопчук Павел Иванович,
ведущий инженер лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: finsoft@mail.ru
УДК 621.311
Е.С.Бабарыгина, А.Е.Веселов, Е.А.Токарева, Г.П.Фастий
СТРОИТЕЛЬСТВО ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ МЕТОДОМ ЗАМЕНЫ ГРОЗОЗАЩИТНОГО ТРОСА ЛЭП И ЧАСТНЫЙ СЛУЧАЙ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ
Аннотация
Предложен метод строительства волоконно-оптических линий связи на базе грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи. Рассмотрена структура грозозащитного троса с волоконно-оптическим кабелем и применяемое оборудование. Приводится схема применения волоконно-оптической линии связи в релейной защите.
Ключевые слова:
оптическое волокно, световод, волоконно-оптический кабель, грозозащитный трос, релейная защита.
