КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩЕГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к реакторостроению и может найти применение в производстве токоограничивающих реакторов на класс напряжения 110 кВ и выше.
Известна катушка индуктивности, имеющая цилиндрическую форму, содержащая витки, намотанные km параллельными проводами (где k, m - целые числа, k≥1, m≥2), начала которых расположены на одном торце катушки, а концы - на другом, при этом параллельные провода разделены на m групп, образующих n частей, каждая из которых размещена на определенном уровне по высоте и занимает m концентров, расположенных, по крайней мере, на одном основном каркасе, при этом, по меньшей мере, две части, образующих одну группу, размещены на разных концентрах, чередуются в радиальном и аксиальном направлениях, и каждый из km параллельных проводов подсоединен в соответствующем торцевом сечении обмотки одним концом к общему ее началу, а другим концом - к общему концу обмотки [Л.1].
На токоограничивающие реакторы, производимые в России, классом напряжения 110-220 кВ распространяется государственный стандарт РФ [Л.2], который устанавливает испытательные напряжения внутренней и внешней изоляции полным грозовым импульсом 480-950 кВ соответственно, что применительно к катушке индуктивности токоограничивающего реактора с учетом средней степени загрязнения (2,25 см/кВ приложенного напряжения промышленной частоты) определяет необходимость обеспечения длины пути утечки внешней изоляции между началом и концом катушки от 2,8 м (на класс 110 кВ) до 5,7 м (на класс 220 кВ). Обеспечить необходимую степень электрической прочности возможно либо в случае изготовления реактора с катушкой индуктивности высотой, равной необходимой длине пути утечки, указанной выше, либо путем применения усиленной изоляции провода. В первом случае, если катушка индуктивности является неразборным элементом, выполненным на одном каркасе, габарит такой конструкции определяет технологические трудности при производстве (например, возможность изготовления исключительно на вертикальных намоточных станках большой мощности), при транспортировке и монтаже (вследствие значительных габаритов и массы); во втором случае, применение усиленной изоляции приведет к значительному увеличению себестоимости токоограничивающего реактора.
Полезной моделью решается задача создания катушки индуктивности токоограничивающего реактора, лишенной отмеченных выше недостатков, характеризующейся высокой технологичностью за счет расширения номенклатуры технологического оборудования, подходящего для изготовления и обеспечивающего снижение трудоемкости при относительно невысокой себестоимости, сравнимой с себестоимостью изготовления катушек индуктивности токоограничивающих реакторов на класс напряжения 10-35 кВ за счет возможности применения аналогичной изоляции обмоточного провода.
Для решения поставленной задачи в катушке индуктивности токоограничивающего реактора, имеющей цилиндрическую форму, содержащей витки, намотанные km параллельными проводами, начала которых расположены на одном ее торце, а концы - на другом торце, при этом параллельные провода разделены на m групп параллельных проводов, образующих n частей, каждая из которых размещена на определенном уровне по высоте и занимает m концентров, расположенных, по крайней мере, на одном основном каркасе, при этом, по крайней мере, две части, образующие одну группу, размещены на разных концентрах, предложено, согласно настоящей полезной модели, ввести (n-1) дополнительных каркасов, размещенных по высоте катушки, жестко соединить их между собой и с основным каркасом, и каждую из n частей разместить на соответствующем каркасе, а объединение параллельных проводов в группы выполнить таким образом, что, по крайней мере, две группы параллельных проводов из m групп параллельных проводов симметричны относительно средней линии по высоте катушки, где
m - число групп, концентров, m - целое число>4;
n - число частей в группе, каркасов, n - целое число>2;
k - число параллельных проводов в группе, k - целое число=1.
Полезная модель поясняется на примере выполнения чертежами (фиг.1-10), представляющими собой соответственно: фиг.1 - осевой разрез катушки индуктивности токоограничивающего реактора, фиг.2-10 различные варианты реализации изобретения (при различных значениях параметров m и n).
Представленная на фиг.1 катушки индуктивности токоограничивающего ректора содержит шесть (n=6) обмоток 1÷6, каждая из которых размещена на собственном каркасе 7÷12, один из которых, каркас 7 - основной, а остальные 8÷12 - дополнительные, в частности, обмотка 1 размещена на каркасе 7, обмотка 2 размещена на каркасе 8, обмотка 3 размещена на каркасе 9, обмотка 4 размещена на каркасе 10, обмотка 5 размещена на каркасе 11 и обмотка 6 размещена на каркасе 12.
Все шесть каркасов идентичны по конструктивному выполнению, размещены по высоте катушки, т.е. установлены друг на друга и жестко соединены между собой посредством крепежных элементов (болтов, шпилек, а также бандажных лент) 13÷17, в частности, каркас 7 соединен с каркасом 8 посредством крепежного элемента 13, каркас 8 соединен с каркасом 9 посредством крепежного элемента 14, каркас 9 соединен с каркасом 10 посредством крепежного элемента 15, каркас 10 соединен с каркасом 11 посредством крепежного элемента 16, каркас 11 соединен с каркасом 12 посредством крепежного элемента 17.
Каждая обмотка состоит из частей, выполненных в виде m=4 слоев (концентров), намотанных параллельно вертикальной оси 18 катушки одним параллельным проводом каждая (k=1), при этом общее число параллельных проводов km=4.
Так, обмотка 1 выполнена из частей 19÷22, обмотка 2 выполнена из частей 23+26, обмотка 3 выполнена из частей 27÷30, обмотка 4 выполнена из частей 31÷34, обмотка 5 выполнена из частей 35÷38 и обмотка 6 выполнена из частей 39÷42.
Согласно схеме соединения (транспозиции), части обмоток последовательно соединяются в группы. Группа 43 образована соединением частей 19, 24, 27, 34, 38, 42; группа 44 образована соединением частей 20, 23, 28, 33, 37, 41; группа 45 образована соединением частей 21, 25, 29, 32, 35, 40; группа 46 образована соединением частей 22, 26, 30, 31, 36, 39.
В результате этого образованы m=4 группы 43÷46, начала которых объединены в общую точку 47, находящуюся на одном торце катушки, а их концы объединены в общую точку 48, находящуюся на другом торце катушки.
При этом группа 43 симметрична группе 46, а группа 44 симметрична группе 45 относительно средней линии по высоте катушки 49.
На чертежах (фиг.2÷10) схематично представлены примеры выполнения катушек индуктивности, имеющих различные значения чисел групп и концентров m, а также различные значения чисел частей в группе и каркасов n. На этих чертежах арабскими цифрами обозначены группы параллельных проводов m, которыми может быть выполнена заявляемая катушка индуктивности, а римскими цифрами обозначено количество каркасов и частей в группе n.
Так, в частности, на фиг.2 представлена транспозиция катушки индуктивности, имеющей числа групп, концентров, частей в группе, а также каркасов равными 4.
На фиг.3 представлена транспозиция катушки индуктивности, имеющей числа групп и концентров равными 5, а числа частей в группе, а также каркасов равными 4.
На фиг.4 представлена транспозиция катушки индуктивности, имеющей числа групп и концентров равными 8, а числа частей в группе, а также каркасов равными 4.
На фиг.5 представлена транспозиция катушки индуктивности, имеющей числа групп и концентров равными 4, а числа частей в группе, а также каркасов равными 6.
На фиг.6 представлена транспозиция катушки индуктивности, имеющей числа групп и концентров равными 4, а числа частей в группе, а также каркасов равными 6.
На фиг.7 представлена транспозиция катушки индуктивности, имеющей числа групп и концентров равными 5, а числа частей в группе, а также каркасов равными 6.
На фиг.8 представлена транспозиция катушки индуктивности, имеющей числа групп и концентров равными 8, а числа частей в группе, а также каркасов равными 6.
На фиг.9 представлена транспозиция катушки индуктивности, имеющей числа групп и концентров равными 3, а числа частей в группе, а также каркасов равными 8.
На фиг.10 представлена транспозиция катушки индуктивности, имеющей числа групп и концентров равными 4, а числа частей в группе, а также каркасов равными 8.
Необходимая длина пути утечки внешней изоляции в соответствии с [Л.3] набирается суммарной высотой всех n обмоток, при этом в зависимости от выбранного количества частей приложенное напряжение на каждой части будет (приблизительно) соответствовать классам напряжения 10÷35 кВ, что определяет возможность применения провода без усиленной изоляции. При этом значительно расширяются технологические возможности изготовления токоограничивающего реактора, так как габарит высоты и масса каждой части в n раз меньше высоты и массы всей конструкции (например, появляется возможность использования намоточных станков не только вертикальной, но и горизонтальной намотки), кроме того, появляется возможность транспортирования изделия в частично разобранном виде, что существенно увеличивает диапазон возможных транспортных средств для перевозки изделия.
В соответствии с заявляемым решением в ООО «Росэнерготранс» разработана техническая документация на токоограничивающий реактор РТСТГ 110-1000-0,5 У1 (класс напряжения 110 кВ), изготовлен опытный образец. Проведенные испытания подтвердили работоспособность токоограничивающего реактора и широкие возможности его практического применения в будущем.
Литература:
1. Патент РФ №2334297 на изобретение, МПК H01F 27/30, H01F 41/04, 2008 г.
2. ГОСТ РФ 1516.3-96, таблица 3.
3. ГОСТ 9920-89 (СТ СЭВ 6465-88, МЭК 694-80), приложение 2.