Токоограничивающий реактор

Авторы патента:

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в токоограничивающих реакторах.

Полезной моделью решается задача создания токоограничивающего реактора с достаточно низкой себестоимостью, характеризующегося высокой механической прочностью и эксплуатационной надежностью при коротких замыканиях.

Для решения поставленной задачи в токоограничивающем реакторе, содержащем 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, предложено согласно настоящей полезной модели, по меньшей мере, одну из прокладок выполнить с формой поперечного сечения в плоскости, перпендикулярной оси обмотки, соответствующей равнобокой трапеции, причем основание трапеции, расположенное на внутреннем диаметре обмотки реактора, выполнить в 1,05÷10 раз большим, чем основание, расположенное на наружном диаметре; при этом на прокладках с формой поперечного сечения в виде трапеции могут быть выполнены выступы в направлении оси обмотки и число выступов может быть разным по длине прокладки таким образом, что число выступов прокладки, ближайших к внутреннему диаметру, в 1,5-3,5 раза превышает число выступов прокладки, ближайших к наружному диаметру обмотки реактора.

Известен токоограничивающий реактор, содержащий обмотку цилиндрической формы, состоящую из витков провода, витки образуют ряды, расположенные концентрически относительно оси обмотки и отделенные посредством изоляционных прокладок, образующих слои, при этом витки в слое примыкают друг к другу и отделены друг от друга только витковой изоляцией [1]. Такой токоограничивающий реактор характеризуется достаточно низкой трудоемкостью изготовления, однако при классах напряжения 10 кВ и выше он становится неэкономичным ввиду необходимости использования дорогостоящего провода с толстой изоляцией.

Известен токоограничивающий реактор, 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, при этом прокладки в поперечном сечении в плоскости, перпендикулярной оси обмотки, имеют форму прямоугольника [2].

Такой токоограничивающий реактор характеризуется достаточно низкой себестоимостью ввиду малого количества отходов при изготовлении изоляционных прокладок прямоугольного сечения. Его недостатком является пониженная электродинамическая

стойкость. Этот недостаток обусловлен тем, что имея вдоль радиального размера обмотки одинаковое поперечное сечение, планка на всей своей длине может противодействовать одному уровню радиально направленного усилия. В то же время в силу сосредоточения электромагнитной энергии внутри обмотки, удельные радиальные усилия для внутренних проводов значительно превышают усилия для средних и, тем более, наружных проводов.

Для решения поставленной задачи в токоограничивающем реакторе, содержащем 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, предложено согласно настоящей полезной модели, по меньшей мере, одну из прокладок выполнить с формой поперечного сечения в плоскости, перпендикулярной оси обмотки, соответствующей равнобокой трапеции, причем основание трапеции, расположенное на внутреннем диаметре обмотки реактора, выполнить в 1,05÷10 раз большим, чем основание, расположенное на наружном диаметре. Дополнительно предложено на прокладках формой поперечного сечения в виде трапеции выполнить выступы в направлении оси обмотки и число выступов выполнить разным по длине прокладки таким образом, что число выступов, ближайших к внутреннему диаметру, в 1,5-3,5 раза превышает число выступов прокладки, ближайших к наружному диаметру обмотки реактора.

Полезная модель поясняется на примере выполнения чертежами, см. фиг.1 и фиг.2, на которых изображен вид на реактор сбоку, см. фиг.1, и поперечный разрез обмотки реактора, см. фиг.2.

Токоограничивающий реактор содержит обмотку цилиндрической формы, состоящую из витков провода 1. Витки провода 1 образуют ряды 2, расположенные перпендикулярно оси обмотки. Витки провода 1 отделены друг от друга посредством изоляционных прокладок 3, образующих по высоте вертикальные колонки 4.

Вертикальные колонки 4 скреплены в торцевых зонах посредством стягивающих элементов - стальных шпилек 5 с гайками. Изоляционные прокладки 3 в поперечном сечении в плоскости, перпендикулярной оси обмотки, имеют форму равнобокой трапеции, причем основание этой трапеции расположенное на внутреннем диаметре, размер "а", составляет 60 мм, а основание этой трапеции расположенное на наружном диаметре, размер "в", составляет 30 мм. Таким образом, в данном случае основание трапеции, расположенное на внутреннем диаметре, в 2 раза превышает основание трапеции, расположенное на наружном диаметре обмотки реактора. Пределы возможного изменения в соотношении длин оснований от 1,05 до 10-ти выбраны из следующих соображений: при соотношении менее 1,05 эффективность применения данного технического решения становится практически нулевой; при вырождении одного из оснований в точку (в этом случае трапеция трансформируется в равнобедренный треугольник) указанное соотношение превращается в бесконечность. Конструктивные проработки показали, что увеличение рассматриваемого соотношения сверх 10-ти приводит к потере эффективности заявляемого решения.

На прокладках (кроме верхнего ряда прокладок) выполнены выступы 6 в направлении оси обмотки. Эти выступы разделяют витки провода 1 в ряду в радиальном направлении. Число выступов 7 прокладки, ближайших к внутреннему диаметру, составляет 2, а число выступов 8 прокладки, ближайших к наружному диаметру, составляет 1. Таким образом, число выступов 7 в 2 раза превышает число выступов 8. Пределы возможного изменения в соотношении количеств выступов от 1,5 до 3,5 выбраны из следующих соображений: при реальном конструировании количество выступов, ближайших к наружному диаметру, достаточно взять равным единице; при этом число выступов, ближайших к внутреннему диаметру, может быть равным 2-м или 3-м.

При коротком замыкании внутренний виток провода 1 пытается разорваться; при этом он давит на выступы 7. Поскольку число выступов равно двум, их прочности хватает, чтобы противостоять процессу разрыва провода. Между выступами 7 имеется промежуток, поэтому число опор, на которые давит внутренний провод равно удвоенному числу прокладок одного ряда.

При коротком замыкании удельная механическая сила, действующая на наружный виток провода 1 во много раз меньше, чем удельная механическая сила, действующая на внутренний виток. Поэтому для противостояния этой силе в прокладке достаточно одного выступа 8.

Выступы на прокладках могут быть выполнены различными способами, например, путем впрессовывания в отверстия в прокладках отрезков стержней.

Заявленное техническое решение позволяет оптимизировать конструкцию реактора таким образом, что в местах сосредоточения механических усилий при коротких замыканиях конструкция выполняется механически более прочной, а в местах ослабленного

воздействия механических нагрузок - менее прочной. За счет указанной оптимизации и достигается цель изобретения: создание токоограничивающего реактора с достаточно низкой себестоимостью, характеризующегося высокой механической прочностью и эксплуатационной надежностью при коротких замыканиях.

В настоящее время разрабатывается документация на серию токоограничивающих реакторов с использованием данного технического решения.

Литература.

1. International Publication Number: WO 98/34248 A1; International Publication Date: 06.08.1998 (ASEA BRAUN BOVERI et al), всего 23с., фиг.1-3, с.9-12.

2. Патент РФ на изобретение 2184403, МКИ³ 7Н 01 F 37/00, 38/02, 27/30. Токоограничивающий реактор / Я.Л.Фишлер, А.В.Виноградов, Б.А.Выходцев, А.А.Шмелев, Л.П.Деев, Т.М.Маркова //Б.И. 2002, 18.

1. Токоограничивающий реактор, 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 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.

2. Токоограничивающий реактор по п.1, отличающийся тем, что на прокладках с формой поперечного сечения в виде трапеции имеются выступы в направлении оси обмотки; число выступов выполнено разным по длине прокладки таким образом, что число выступов, ближайших к внутреннему диаметру, в 1,5-3,5 раза превышает число выступов прокладки, ближайших к наружному диаметру обмотки реактора.

Токоограничивающее устройство трансформаторного типа // 110556