Токоограничивающий реактор

Назначение: для ограничения тока короткого замыкания в электрической цепи.

Сущность: в предлагаемом токоограничивающем реакторе, содержащем обмотку, состоящую из витков изолированного провода, скрепленных посредством стягивающих элементов, изолированный провод выполнен в виде многопроволочной жилы, покрытой высоковольтной кремнийорганической изоляцией с вшитыми в нее стеклянными изоляционными нитями.

Технический результат: снижение габаритов и массы устройства, повышение динамической устойчивости.

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к устройствам для ограничения тока короткого замыкания в электрической цепи.

Известен ряд технических решений, касающихся конструкций электротехнических устройств, в которых в качестве одного из элементов конструкции входит токоограничивающий реактор. Подобные технические решения описаны, в частности, в следующих документах:

- патент на изобретение 2374738 РФ, МПК Н02Н 9/00 - токоограничивающее устройство электрической сети;

- патент на изобретение 2372706 РФ, МПК Н02М 1/36 - устройство для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока;

- заявка 99115888 РФ, МПК H02Н 9/02 - устройство и способ, относящиеся к защите объекта от сверхтоков, предусматривающей понижение сверхтоков и ограничение тока;

- заявка 93040933 РФ, МПК Н02М 5/12 - устройство для регулирования переменного напряжения;

- патент на изобретение 2046531 РФ, МПК Н02М 5/257, Н02Р 13/06 - устройство для регулирования переменного напряжения;

- патент на изобретение 2180982 РФ, Н02Н 9/02 - устройство электроснабжения;

- патент на полезную модель 43700 РФ, МПК Н02М 5/00 - тиристорное пусковое устройство; - заявка 2001135437, МПК H02J 3/18 - устройство для компенсации неактивных составляющих мощности и отклонений напряжения тяговой подстанции;

- патент на изобретение 2012975, МПК 1-102J 3/18 - компенсатор реактивной мощности;

- патент на полезную модель 89783 РФ - токоограничитель;

- заявка 2001130442, МПК H02J 3/00 - система электроснабжения собственных нужд энергоблока электростанции;

- заявка 2001130440, МПК H02J 3/14 - электроустановка энергоблока электростанции.

В перечисленных выше описаниях известных технических решений встречаются сведения о способе подключения используемых токоограничивающих реакторов между собой и с другими элементами патентуемых устройств, приводятся некоторые технические характеристики (размеры, мощности и пр.) токоограничивающих реакторов, требуемые для функционирования патентуемых устройств. Однако в перечисленных выше документах не встречается описания конструкций токоограничивающих реакторов. В связи с чем, установить новые технические решения токоограничивающих реакторов в этих документах не удается.

Известен однофазный сверхпроводящий токоограничивающий реактор (патент на полезную модель 39002 РФ), содержащий магнитопровод, рабочую обмотку, сверхпроводящую короткозамкнутую обмотку, причем, его обмотка выполнена в виде чередующихся групп обмоток, число которых больше или равно 4, при этом каждая группа содержит две рабочих обмотки и расположенную между ними сверхпроводящую короткозамкнутую обмотку. Однако известный токоограничивающий реактор по патенту 39002 для своей работы (для функционирования сверхпроводящей короткозамкнутой обмотки) требует низких температур, что существенной усложняет эксплуатацию такого реактора. Кроме того он имеет недостаточно малые габариты и массу, а его конструкция не обеспечивает достаточной динамической устойчивости.

Известен токоограничивающий реактор (патент на изобретение 2027240 РФ, МПКНО IF 38/02), содержащий две основные обмотки, одна из которых выполнена из сверхпроводника, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной обмоткой, основные обмотки навиты встречно и параллельно соединены между собой, причем смежные обмотки имеют разные свойства сверхпроводимости. Однако известный токоограничивающий реактор по патенту 2027240 для своей работы требует низких температур, что существенной усложняет эксплуатацию такого реактора. Кроме того он имеет недостаточно малые габариты и массу, а его конструкция не обеспечивает достаточной динамической устойчивости.

Известны сухие токоограничивающие реакторы с естественным воздушным охлаждением, предназначенные для работы в энергосистемах на напряжение до 220 кВ, выпускаемые заводом «РосЭнергоТранс» (www.svel.ru). Обмотки известных реакторов изготавливаются из реакторного многожильного провода, материал - алюминий (медь). Конструкция обмоток многослойная и выполняется таким образом, чтобы обеспечивалось равномерное распределение тока по параллельным проводам без транспозиции между ними. Механическая прочность реактора обеспечивается прессующей конструкцией стяжки витков, состоящей из системы изоляционных планок и стяжных вертикальных шпилек. Однако известные токоограничивающие реакторы, выпускаемые заводом «РосЭнергоТранс» имеют недостаточно малые габариты и массу. Кроме того, конструкция известных токоограничивающих реакторов не обеспечивает им достаточной динамической устойчивости.

Известны трехфазные токоограничивающие реакторы для устройства плавного пуска электродвигателя (патент на изобретение 2398301 РФ, МПК H01F 38/02 Н01F 27/30; патент на полезную модель 90927 РФ, МПК H01F 21/08). Известные трехфазные токоограничивающие реакторы содержат торцевые и боковые конструкционные элементы, образующие каркас. Фазные обмотки вертикально расположены с прокладками между рядами проводов, формирующими вентиляционные каналы. Опорные элементы содержат пластины и крестовины с амортизаторами, расположенные между изоляционными торцевыми элементами и фазными обмотками. Стягивающие элементы выполнены в виде планок со шпильками. На каждом из изоляционных цилиндров расположена соответствующая многогранная фазная обмотка, зафиксированная в торцевых зонах через амортизаторы стягивающими элементами. 4-лучевые опорные и торцевые элементы соединены крестообразно и зафиксированы между боковыми конструкционными элементами. Сечение провода фазных обмоток выбрано из условия его допустимого нагрева за время пуска электродвигателя. Расстояние между фазными обмотками выбрано с учетом их взаимной индуктивности из условия требуемой индуктивности реактора, обеспечивающее необходимый изоляционный уровень для соответствующего класса напряжения. Однако известные трехфазные токоограничивающие реакторы по патентам 2398301 и 90927 имеют недостаточно малые габариты и массу. Кроме того, их конструкция не обеспечивает достаточной динамической устойчивости.

Известен реактор (патент на полезную модель 68177 РФ, МПК H01F 38/02, H01F 27/30, H01F 27/08), содержащий обмотку, состоящую из витков провода, образующих ряды, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные друг от друга посредством изоляционных прокладок, причем обмотка выполнена секционированной с выводом начала и конца секции на наружную поверхность обмотки, каждая секция содержит два ряда витков, выполненных единым проводом или соединенных во внутренней полости обмотки перемычкой, причем один из рядов витков секции выполнен с правосторонней намоткой, а второй - с левосторонней намоткой. Однако известный токоограничивающий реактор по патенту 68177 имеет недостаточно малые габариты и массу. Кроме того, его конструкция не обеспечивает высокой динамической устойчивости.

Известен управляемый токоограничивающий реактор (патент на полезную модель 84163 РФ, МПК Н02Н 9/02), содержащий по меньшей мере один магнитопровод, по меньшей мере одну сетевую фазную обмотку, разделенную на две идентичные обмотки полуфазы, размещенные каждая на своем участке магнитопровода и соединенные последовательно встречно для включения между фазным выводом источника переменного тока и нагрузкой, и по меньшей мере одну управляющую обмотку, подключаемую к регулируемому источнику постоянного напряжения, причем обмотки полуфазы разделены на равное число секций, размещенных каждая на своем участке магнитопровода, причем секции каждой полуфазы соединены между собой параллельно согласно. Однако известный токоограничивающий реактор но патенту 84163 не рассчитан на применение в мощных системах. Кроме того, его конструкция не обеспечивает высокой динамической устойчивости.

Известен токоограничивающий реактор с принудительным воздушным охлаждением (патент на полезную модель 79214 РФ, МПК 01F 37/00, Н01F 38/02), содержащий, по меньшей мере, одну обмотку цилиндрической формы, выполненную из витков провода, витки провода образуют ряды, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные посредством изоляционных прокладок, образующих по высоте вертикальные колонки, причем он содержит, по меньшей мере, один цилиндр из изоляционного материала, и обмотка реактора размещена концентрически внутри этого цилиндра, при этом внутри обмотки на ее оси расположен элемент с площадью поперечного сечения в плоскости, перпендикулярной оси обмотки, составляющей не менее четверти площади поперечного сечения круга с диаметром, равным внутреннему диаметру обмотки. Однако известный токоограничивающий реактор но патенту 79214 имеет достаточно сложное строение, имеет значительные габариты и массу. Кроме того, его конструкция не обеспечивает высокой динамической устойчивости.

Известны токоограничивающие реакторы (патент на изобретение 2349980 РФ, МПК H01F 38/02, H01F 27/34; патент на полезную модель 67770 РФ, МПК Н01F 37/00, Н01F 27/28), содержащие обмотку цилиндрической формы, выполненную из витков, каждый из которых содержит / параллельных проводов, где f - целое число,f4, витки образуют m рядов, где m - целое число, m4, расположенных в осевом направлении перпендикулярно оси обмотки, провода в ряду в радиальном размере размещены между внутренним и наружным диаметром обмотки в n положениях, где n - целое число, n4, от первого положения на внутреннем диаметре до n-го положения на наружном диаметре, при этом в местах переходов проводов из каждого предыдущего ряда в последующий выполнена транспозиция параллельных проводов, причем в местах переходов проводов из каждого нечетного, считая снизу, ряда в следующий четный ряд выполнена общая транспозиция всех параллельных проводов, причем, по меньшей мере, в одном месте перехода проводов из четного ряда в нечетный транспозиция выполнена так, что провода разделены на две группы, и в каждой группе проводов в указанном нечетном ряду имеется только один провод, часть длины которого расположена в n-м положении. Однако известные токоограничивающие реакторы по патентам 2349980 и 67770 имеют недостаточно малые габариты и массу. Кроме того, их конструкция не обеспечивает высокой динамической устойчивости. Недостатком известного устройства является также наличие большого количества соединений, что при использовании в мощных системах с током более 100 А является причиной малой надежности и неудобства обслуживания, так как при проведении регламентных работ необходимо контролировать и подтягивать болтовые соединения, с помощью которых обычно соединены сильноточные провода обмотки.

Известен токоограничивающий реактор (патент на изобретение 2170466 РФ, МПК H01F 27/30, H01F 27/28), содержащий обмотку, витки которой содержат n параллельных проводов, где n3, целое число, и n рядов, где m3, целое число, расположенных в осевом направлении перпендикулярно оси обмотки, при этом в местах переходов проводов из каждого предыдущего ряда в последующий ряд выполнена транспозиция параллельных проводов, причем в местах переходов проводов из каждого нечетного ряда в следующий четный ряд выполнена общая транспозиция всех параллельных проводов, предложено согласно настоящему изобретению в местах переходов проводов из каждого четного ряда в следующий нечетный ряд транспозицию выполнить так, что n-й в радиальном направлении провод четного ряда занимает то же место в следующем нечетном ряду, (n-1)-й провод четного ряда занимает место первого провода в следующем нечетном ряду, (n-2)-й провод четного ряда занимает место второго провода в следующем нечетном ряду и т.п. и соответственно второй провод четного ряда занимает место (n-2)-го провода следующего нечетного ряда, первый провод четного ряда занимает место (n-1)-го провода следующего нечетного ряда. Однако известный токоограничивающий реактор по патенту 2170466 имеет недостаточно малые габариты и массу. Кроме того, его конструкция не обеспечивает достаточной высокой устойчивости. Недостатком известного устройства является также наличие большого количества соединений что при использовании в мощных системах с током более 100 А является причиной малой надежности и неудобства обслуживания, так как при проведении регламентных работ необходимо контролировать и подтягивать болтовые соединения, с помощью которых обычно соединены сильноточные провода обмотки.

Известен токоограничивающий реактор (патент на полезную модель 67766 РФ, МПК Н01F 27/30), содержащий многослойную катушку, выполненную посредством n параллельных проводов, начала и концы которых равномерно распределены по окружности торца катушки и соединены с отводом, расположенным плашмя параллельно торцу катушки, отличающийся тем, что в одном из концов отвода выполнены отверстия, в каждом из которых размещен один из n параллельных проводов, при этом отверстия размещены по m окружностям, расположенных концентрически на одном конце шины таким образом, что центры всех окружностей расположены вблизи центра торца катушки, и каждый из n параллельных проводов расположен в одном из n/m отверстий, при этом радиальные оси соседних отверстий, расположенных на одной окружности, смещены относительно друг друга на 360m/n градусов, и относительно ближайшего отверстия, расположенного на соседней окружности, на 360/п градусов, где n - число параллельных проводов, целое число n1, кратное m; m - число окружностей, любое целое число m1. Однако известный токоограничивающий реактор по патенту 67766 имеет недостаточно малые габариты и массу. Кроме того, его конструкция не обеспечивает достаточной высокой устойчивости. Недостатком известного устройства является также наличие большого количества соединений, что при использовании в мощных системах с током более 100 А является причиной малой надежности и неудобства обслуживания, так как при проведении регламентных работ необходимо контролировать и подтягивать болтовые соединения, с помощью которых обычно соединены сильноточные провода обмотки.

Известен токоограничивающий реактор (патент на полезную модель 54694 РФ, МПК H01F 27/30), содержащий фазу в виде катушки, выполненной посредством n параллельных проводов, образующих m слоев, при этом каждый из n параллельных проводов подсоединен в соответствующем торцевом сечении катушки, одним концом к общему началу катушки, а другим концом к общему концу катушки, отличающийся тем, что начала и концы n параллельных проводов равномерно распределены по периметру торцевого сечения, а общие начало и конец катушки расположены в центральной точке соответствующего торцевого сечения катушки, где n - число параллельных проводов, любое целое число n2; m - число слоев, любое целое нечетное число m1. Однако известный токоограничивающий реактор по патенту 54694 имеет недостаточно малые габариты и массу. Кроме того, его конструкция не обеспечивает достаточной высокой устойчивости. Недостатком известного устройства является также наличие большого количества соединений, что при использовании в мощных системах с током более 100 А является причиной малой надежности и неудобства обслуживания, так как при проведении регламентных работ необходимо контролировать и подтягивать болтовые соединения, с помощью которых обычно соединены сильноточные провода обмотки.

Известен токоограничивающий реактор (Заявка 2007116640 РФ, MПK Н01F 37/00, Н01F 27/30), содержащий обмотку цилиндрической формы, состоящую из витков провода, витки образуют ряды, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные посредством изоляционных прокладок, образующих по высоте вертикальные колонки, скрепленные в торцевых зонах посредством стягивающих элементов, причем, реактор содержит, по меньшей мере, один элемент, дистанцирующий провода в радиальном направлении, по меньшей мере, в одной из прокладок одной вертикальной колонки выполнено, по меньшей мере, одно отверстие и дистаннирующий элемент частично размещен в этом отверстии. Однако известный токоограничивающий реактор по заявке 2007116640 имеет недостаточно малые габариты и массу. Кроме того, его конструкция не обеспечивает высокой динамической устойчивости.

Известны токоограничивающие реакторы (патент на изобретение 2184403 РФ, МПК H01F 37/00, H01F 38/02, H01F 27/30; патент на полезную модель 16567 РФ), содержащие обмотку, состоящую из витков провода, образующих ряды, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные посредством изоляционных прокладок, размещенных оппозитно друг другу и образующих по высоте вертикальные колонки, причем прокладки имеют пазы, в которых размещены витки провода, при этом прокладки, образующие соответствующие колонки, скреплены в торцевых зонах посредством стягивающих элементов и жестко зафиксированы по наружной и внутренней поверхностям при помощи дистанцирующих элементов. Однако известные токоограничивающие реакторы по патентам 2184403 и 16567 имеют недостаточно малые габариты и массу. Кроме того, их конструкция не обеспечивает высокой динамической устойчивости.

Известен токоограничивающий реактор (патент на изобретение 65687 РФ, МПК H01F 37/00, H01F 27/30), содержащий обмотку цилиндрической формы, состоящую из витков провода, витки образуют ряды, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные посредством изоляционных прокладок, образующих по высоте вертикальные колонки, скрепленные в торцевых зонах посредством стягивающих элементов, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, один элемент, дистанцирующий провода в радиальном направлении, по меньшей мере, в одной из прокладок одной вертикальной колонки выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, и дистанцирующий элемент частично размещен в этом отверстии. Однако известный токоограничивающий реактор по патенту 65687 имеет недостаточно малые габариты и массу. Кроме того, их конструкция не обеспечивает высокой динамической устойчивости.

Наиболее близким к предлагаемому является токоограиичивающий реактор (патент на полезную модель 82925 РФ, МПК H01F 37/00, H01F 27/30), содержащий обмотку цилиндрической формы, состоящую из витков провода, витки образуют ряды, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные посредством изоляционных прокладок, образующих по высоте вертикальные колонки, скрепленные в торцевых зонах посредством стягивающих элементов, причем по меньшей мере одна из прокладок имеет форму поперечного сечения в плоскости, перпендикулярной оси обмотки, соответствующую равнобокой трапеции с неравными основаниями, причем длина основания трапеции, расположенного на внутреннем диаметре обмотки реактора, в 1,05÷10 раз превышает длину основания, расположенного на наружном диаметре. Однако известный токоограничивающий реактор по патенту 82925 имеет недостаточно малые габариты и массу. Кроме того, его конструкция не обеспечивает высокой динамической устойчивости.

Задачей предлагаемой полезной модели является разработка токоограничивающего реактора с повышенной динамической устойчивостью.

Эта задача решается за счет того, что в предлагаемом токоограничивающем реакторе, содержащем обмотку, состоящую из витков изолированного провода, скрепленных посредством стягивающих элементов, изолированный провод выполнен в виде многопроволочной жилы, покрытой высоковольтной кремнийорганической изоляцией с вшитыми в нее стеклянными изоляционными нитями.

Предлагаемое устройство состоит из обмотки из изолированного провода, выполненного в виде многопроволочной жилы прямоугольного или круглого сечения, покрытой высоковольтной кремнийорганической изоляцией с вшитыми в нее стеклянными изоляционными нитями, и стягивающих элементов, обеспечивающих повышенную динамическую устойчивость устройства и прочность конструкции в целом.

Дополнительным преимуществом предлагаемой полезной модели, связанной с повышенной прочностью конструкции токоограничивающего реактора, является возможность уменьшения габаритов и массы при сохранении прочности конструкции и функциональности на уровне известных технических аналогов.

Токоограничивающий реактор, содержащий обмотку, состоящую из витков изолированного провода, скрепленные посредством стягивающих элементов, отличающийся тем, что изолированный провод выполнен в виде многопроволочной жилы, покрытой высоковольтной кремнийорганической изоляцией с вшитыми в нее стеклянными изоляционными нитями.