Погружная управляемая силовая трансформаторная установка

Авторы патента:


 

Заявляемое решение (полезная модель) относится к области судового электрооборудования, в частности к погружным электрическим машинам и аппаратам. Цель данного решения состоит в повышении надежности трансформаторной установки, снижении массы и габаритов, уменьшении потерь энергии в кабелях, обеспечении экологической чистоты и большого ресурса работы. Установка содержит трансформатор с обмотками 3, 4, укрепленный на платформе 5, которая имеет колеса 12 для передвижения по дну моря, упор движения ПУСТУ создается электродвигателем ПЭД 11, а маневрирование -ПЭД 17. Протекторы 9 и 10 обеспечивают электрохимическую защиту ПУСТУ сроком на 15 - 20 лет. В качестве охлаждающей жидкости используется окружающая морская вода.

Заявляемое решение (полезная модель) относится к области судового электрооборудования, в частности к погружным электрическим машинам и аппаратам, которые применяются для обеспечения питания электроприводов различных подводных забортных механизмов управляемых обитаемых и необитаемых аппаратов и установок.

Известны сухие трансформаторы типа ТСЗ - 1000/10 с естественным воздушным охлаждением, в котором обмотки, магнитопровод и другие части трансформатора имеют непосредственное соприкосновение с окружающим воздухом, охлаждение происходит путем излучения и естественной конвекции воздуха. Применяются на мощности до 1000 кВА при напряжении с высокой стороны до 10 кВ (см. «Электротехнический справочник», т. 2, с.100, М. Энергоиздат, 1981). Однако данные силовые трансформаторы не могут работать в контакте с пресной и морской водой, загерметизировать его в отдельную капсулу для погружения на большую глубину технически невозможно.

Из известных силовых трансформаторов наиболее близким к заявляемому, выбранному заявителем за прототип, является масляный силовой трансформатор типа ТМ - 1000/10 с естественным масляным охлаждением активных частей трансформатора (см. там же, с.94), в котором магнитопровод с обмотками помещается в бак, заливаемый трансформаторным маслом. Охлаждение обмоток и сердечника происходит путем естественной конвекции масла и передачи тепла на корпус бака, а от бака путем излучения и естественной конвекции воздуха. Данные трансформаторы предназначены для работы на воздухе, выпускаются мощностью до 10000 кВА, напряжением до 35 кВ. Эта конструкция трансформатора при погружении в морскую воду не может работать, она выйдет из строя от короткого замыкания на изоляторах и от попадания морской воды в масло, трансформаторное масло работает при обводнении до 0,01%.

Задачей данного технического решения является устранить указанные недостатки и разработать конструкцию силового трансформатора с охлаждением его активных частей окружающей морской водой при ее непосредственном контакте с магнитопроводом и обмоткой. Морская вода наряду с высокими свойствами охладителя обладает большой химической активностью и является хорошим электролитом с ионной электропроводностью, при контакте с которым активных металлических частей трансформаторного устройства между ними будет возникать электрохимическая коррозия, от которой необходимо защитить устройство. Кроме того, необходимо избавиться от нефтепродуктов, нарушающих

экологическое равновесие и значительно повышающих массу и габариты устройства в целом.

Задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем магнитопровод с ярмами и обмотками высшего и низшего напряжения и кабелями, питающими и отходящими с охлаждением внутренних частей окружающей жидкостью, каждая фаза обмоток магнитопровода выполнена непрерывной из обмоточного провода с полимерной монолитной изоляцией, и в качестве охлаждающей жидкости применена окружающая морская вода, магнитопровод жестко укреплен на платформе и закрыт кожухом, в верхней части которого расположены равномерно распределенные проходные окна, закрытые сеткой, причем на ярмах магнитопровода закреплены с плотным электрическим контактом шины - протекторы из алюминиево-магниево-цинкового сплава, с двух сторон соразмерные ярму, а к платформе по торцам магнитопровода закреплены аналогичные шины - протекторы, платформа снабжена двумя реверсивными погружными электродвигателями с гребными винтами с взаимно перпендикулярным размещением на носу и корме и бортовыми колесами с шинами и нарезкой на них, причем два передних и два задних колеса имеют шарнирный поворот на угол до 15° относительно оси платформы на каждый борт. Изоляция подсоединения кабелей, питающего и отходящих, и соединение обмоток в «звезду» выполнена спеченными монолитными полимерными пленками, на каждом торце кожуха установлена неподвижная телеантенна с углом обзора до 120°, платформа снабжена вьюшками для кабелей.

Заявляемое решение поясняется чертежами, в которых:

на фиг.1 показан продольный разрез погружной управляемой силовой трансформаторной установки (ПУСТУ);

на фиг.2 - вид сверху ПУСТУ с разрезом кожуха и трансформатора;

на фиг.3 - магнитопровод трансформатора с шинами-протекторами, установленными на верхнем и нижнем ярмах;

на фиг.4 - схема электрических соединений обмоток понижающего трансформатора;

на фиг.5 - схема электрических соединений обмоток трансформатора в случае исполнения его как автотрансформатора;

на фиг 6 - участок стенки из верхней части кожуха с проходными окнами.

Согласно решению (фиг.1, 2, 3, 6) установка ПУСТУ содержит магнитопровод с ярмами 1 и тремя стержнями 2, на которые намотана к стали непрерывная трехфазная обмотка низшего напряжения (НН) 3, в верхнем слое намотана обмотка высшего напряжения (ВН) 4, каждая фаза обмоток изготовлена из единого куска обмоточного провода, например, с двухслойной полимерной монолитной изоляцией из облученного сшитого полиэтилена и фторопласта. Для охлаждения магнитопровода с обмотками используется окружающая забортная морская вода. Магнитопровод с обмотками крепится жестко и неподвижно к сварной платформе 5 из угловой стали и закрыт кожухом 6, предназначенным для механической защиты обмоток. Кожух 6 выполняется из любого материала и любой конфигурации

из металла или сплава или другого неметаллического материала с достаточной механической прочностью. В верхней части кожуха 6 имеются проходные окна 7, закрытые сеткой 8 (фиг.6) и равномерно расположенные по периметру для прохода морской воды при подводных течениях и обеспечения остойчивости устройства при его движении.

Для исключения электрохимической контактной коррозии магнитопровод имеет протекторную защиту в виде шин-протекторов 9 (фиг.36) из алюминиево-магниево-цинкового сплава, например, марки АМг - ЗМ, закрепленных с плотным электрическим контактом с двух сторон к нижнему и верхнему ярмам 1. Толщина шин должна быть не менее 8 ÷ 10 мм из расчета скорости коррозии сплава АМг - ЗМ 0,3 ÷ 0.4 мм/год. Ширина и длина шин-протекторов 9 равны ширине и длине ярма 1. Указанные геометрические размеры шин-проекторов обеспечивают гарантированный срок службы сердечника трансформатора в течение 15 - 20 лет без изменения его геометрических размеров.

Для исключения контактной коррозии платформы 5 к ней с торцов магнитопровода закреплены аналогичные шины-протекторы 10 из того же сплава толщиной 8 ÷ 10 мм, остальные геометрические размеры определяются из отношения площади поверхностей шин к защищаемой площади поверхности платформы как 1/ 20, которые обеспечат тот же ресурс. При малых скоростях движения воды и скорости хода устройства в качестве материала для протекторов можно применять технический алюминий или алюминиевый сплав марки Д16Т.

Передвижение платформы 5 с малыми скоростями взад-вперед осуществляется маршевым реверсивным погружным электродвигателем 11 с гребным винтом и насадкой, например, типа ЭМВ открытого исполнения (см. патент №2043691, Бюл. №25, 1995), который установлен на корме платформы. Упор, созданный ПЭД с гребным винтом, воздействует на колеса 12, расположенные с двух бортов платформы, обеспечивая ход устройства. Колеса 12 имеют широкие шины 13 с нарезкой, обеспечивающие соответствующий коэффициент трения по дну моря. Два передних колеса 14 и два задних 15 имеют шарнирное вращение в цапфе 16 на угол до 15° относительно оси платформы на каждый борт. Для создания упора поворота с помощью этих колес на носовой части платформы 5 установлен реверсивный ПЭД 17 с гребным винтом и насадкой той же конструкции, что и маршевый, но расположен перпендикулярно оси платформы (см. ЭМВ, патент №1835114, Бюл. №30, 1993).

Питающий кабель 18 от трехфазного генератора переменного тока, установленного на судне-носителе, с напряжением 6 ÷ 10 кВ наматывается на вьюшку 20, установленную на платформе 5. Силовые кабели 19 напряжением 380 В от корабельной сети судна-носителя для питания маршевого ПЭД 11 и подруливающего ПЭД 17 наматываются на вьюшку 21, а с вьюшки через электрические разъемы кабели подключаются непосредственно к погружным двигателям 11 и 17. Отходящий кабель 22 с вторичной обмотки низкого напряжения 4 трансформатора подсоединен к коробке штепсельных разъемов

23 для питания подводных аппаратов и потребителей. Электрическое соединение жил кабелей с выводами обмотки ВН 24 и соединение «звезда» 25, а также соединение кабелей электрических разъемов 23 потребителей с выводами обмотки НН 26 трансформатора (фиг.4) осуществляется способом сварки или пайки, а места соединения изолируются спеченной полимерной монолитной пленкой в несколько слоев.

Если трансформаторное устройство предназначено для питания единичных крупных погружных электродвигателей для ГПА напряжением 3,0 ÷ 4,0 кВ, то обмотки трансформатора выполняются по схеме автотрансформатора (фиг.5) с коэффициентом трансформации k=l,4 ÷ 2,0. Электрическое соединение выводов 27 АВС и выводов 28 авс, а также соединение отпаек 29 на авс и соединение «звезда» 30 производятся по той же технологии электрических соединений и изолировки.

Визуальный контроль рельефа дна моря и курса передвижения ПУСТУ осуществляется телеантеннами 31 с углом обзора по курсу до 120°, телеантенны установлены на торцах кожуха 6.

Пуск в работу ПУСТУ осуществляется следующим образом. После всех электрических соединений кабелей с обмотками и укладки необходимой длины кабеля ВН на вьюшку 20 и кабелей для ПЭД на вьюшку 21 и после подключения потребителей через разъемы 23, ПУСТУ опускают с судна-носителя на дно моря. Морская вода заполняет все пространство под кожухом 6, в том числе вокруг обмоток ВН и НН трансформатора, при этом активные части устройства полностью вступают в контакт с морской водой, которая становится рабочей высоко эффективной охлаждающей средой. Для включения установки в работу подают напряжение 6 ÷ 10 кВ на трансформатор от корабельного генератора. Так как в конструкции ПУСТУ применены различные металлы и сплавы, контактирующие между собой, то при наличии электролита (морской воды) будет происходить электрохимическая контактная коррозия материалов. Металлы или сплавы с низким электродным потенциалом являются анодами, которые будут подвергаться контактной коррозии и уменьшаться в размерах, а металлы и сплавы с более высоким потенциалом будут нести катодные свойства, сохраняют исходное состояние. В нашем случае все металлы и сплавы платформы 5, колес 12, кожуха 6 и др. будут сохранять исходное состояние на протяжении всего ресурса, в течение 15 - 20 лет, в морской воде, а шины-протекторы 9 и 10 будут коррозировать со скоростью коррозии 0,3 ÷ 0,4 мм/год.

Движение ПУСТУ за движущимися ГПА (глубоководными подводными аппаратами), которые выполняют заданные работы по освоению Мирового океана, достигается с помощью маршевого ПЭД 11, и маневрирование при обходе препятствий и поворотов осуществляется подруливающим ПЭД 17. Управляют этими движителями с борта судна-носителя. Визуальное наблюдение и контроль за ходом работ и движением ПУСТУ осуществляется с помощью неподвижных телеантенн 31,

передающих изображение на борт судна-носителя в обзоре подводного горизонта до 120°.

Заявляемое решение позволяет значительно уменьшить электрические потери мощности, передаваемой с судна-носителя к исполнительным глубоководным аппаратам и установкам, особенно находящимся на больших глубинах Мирового океана, за счет повышения питающего напряжения. Кроме того, заявляемое решение приводит к значительному снижению массы устройства и уменьшению его габаритов за счет непосредственного снятия тепла с рабочих обмоток трансформатора окружающей морской водой. Обмотки трансформатора в данном устройстве не будут нагреваться выше 50°С даже в поверхностном слое воды тропической зоны океана при температуре воды 32°С, т.е. при малых погружениях в этой зоне. При этих условиях охлаждения значительно повышается надежность трансформатора, который может работать при любых токах в обмотках до величины тока короткого замыкания длительное время без нарушения изоляции из-за нагрева обмоток (обмотка не нагреется выше приведенной температуры).

1. Погружная управляемая силовая трансформаторная установка, содержащая магнитопровод с ярмами, обмотками высшего и низшего напряжения и кабелями питающими и отходящими с охлаждением внутренних частей окружающей жидкостью, отличающаяся тем, что каждая фаза обмоток магнитопровода выполнена непрерывной из обмоточного провода с полимерной монолитной изоляцией, а в качестве охлаждающей жидкости применена окружающая морская вода, магнитопровод жестко укреплен на платформе и закрыт кожухом, в верхней части которого расположены равномерно распределенные проходные окна, закрытые сеткой, причем на ярмах магнитопровода закреплены с плотным электрическим контактом шины-протекторы из алюминиево-магниево-цинкового сплава, с двух сторон соразмерные ярму, а к платформе по торцам магнитопровода закреплены аналогичные шины-протекторы, платформа снабжена двумя реверсивными погружными электродвигателями с гребными винтами с взаимно перпендикулярным размещением на носу и корме и бортовыми колесами с шинами и нарезкой на них, причем два передних и два задних колеса имеют шарнирный поворот на угол до 15° относительно оси платформы на каждый борт.

2. Погружная установка по п.1, отличающаяся тем, что изоляция подсоединения кабелей питающего и отходящих и соединение обмоток в "звезду" выполнена спеченными монолитными полимерными пленками.

3. Погружная установка по п.1, отличающаяся тем, что платформа снабжена вьюшками для кабелей.

4. Погружная установка по п.1, отличающаяся тем, что на каждом торце кожуха установлена неподвижная телеантенна с углом обзора до 120°.



 

Похожие патенты:

Техническим результатом полезной модели является создание кабелеукладчика и его основных узлов, которые позволят прокладывать волоконно-оптический кабель на любой высоте по существующим подвешенным проводам, проложенным на любой местности, включая водные преграды, а так же значительно повысить производительность прокладки

Изобретение относится к системам диагностики и предназначено для исследования параметров работы силового трансформатора и определения для него допустимой длительности перегрузки и эффективности охлаждения.
Наверх