ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЙ РЕАКТОР С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в токоограничивающих реакторах.
Известен токоограничивающий реактор, содержащий 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, при этом охлаждение витков осуществляется естественным путем [1]. Такой реактор не экономичен, так как не позволяет пропускать длительно большие токи.
Известен токоограничивающий реактор с принудительным воздушным охлаждением, содержащий 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 [2]. С учетом повышенной эффективности охлаждения за счет принудительной циркуляции воздуха такой реактор позволяет пропускать несколько больший, в сравнении с [1], ток. Однако, воздушный поток, охлаждающий обмотку токоограничивающего реактора, практически не попадает в места наибольших перегревов, поэтому эффективность такого охлаждения мала и также не позволяет достигнуть высокого уровня экономичности.
Полезной моделью решается задача создания токоограничивающего реактора, характеризующегося высокой степенью экономичности, в первую
очередь за счет снижения расхода материалов при изготовлении при обеспечении длительной эксплуатации при требуемом токе.
Для решения поставленной задачи в токоограничивающий реактор с принудительным воздушным охлаждением, 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, предложено согласно настоящей полезной модели ввести, по меньшей мере, один цилиндр из изоляционного материала, и обмотку реактора разместить концентрически внутри этого цилиндра, внутри обмотки, на ее оси, расположить элемент с площадью поперечного сечения в плоскости, перпендикулярной оси обмотки, составляющей не менее четверти площади поперечного сечения круга с диаметром, равным внутреннему диаметру обмотки; при этом геометрический центр указанного элемента может быть расположен на высоте, составляющей 0,4-1,0 высоты обмотки.
Полезная модель поясняется на примере выполнения чертежами, на которых представлены: на фиг.1 радиальный разрез обмотки токоограничивающего реактора, на фиг.2 - вид сверху обмотки этого реактора.
Токоограничивающий реактор содержит обмотку цилиндрической формы 1, выполненную из витков провода 2. Витки провода 2 образуют ряды 3, расположенные перпендикулярно оси обмотки. Витки провода 2 отделены друг от друга посредством изоляционных прокладок 4, образующих по высоте вертикальные колонки 5.
Обмотка 1 концентрически размещена внутри изоляционного цилиндра 6. Поток воздуха направляется снизу вверх вдоль оси обмотки токоограничивающего реактора. При этом цилиндр 6 не позволяет воздушному потоку выйти за пределы обмотки реактора. Таким образом, весь воздушный поток по всей высоте обмотки интенсивно охлаждает витки, за счет
чего в сравнении с реактором по техническому решению [2] удается повысить плотность тока в обмотке и, соответственно, уменьшить расход материала при изготовлении.
об
э
э
об
э
об.вн
Элемент 7, имеющий в рассматриваемом примере форму конуса с направленной вниз вершиной, направляет воздушный поток непосредственно в витки обмотки. Как показали проведенные исследования, в зависимости от конструктивных особенностей и соотношений в размерах наиболее нагретая точка обмотки реактора может находиться на высотах, составляющих от 0,4 до 1,0 высоты обмотки. Поэтому указанный элемент 7 (его геометрический центр) должен располагаться на соответствующей высоте. На фиг.1 высота обмотки обозначена Н, а высота расположения геометрического центра элемента 7 обозначена Н. В представленном примере соотношение Н/Н=0,77. Элемент 7 имеет диаметр D, составляющий 400 мм, а внутренний диаметр обмотки D составляет 500 мм (см. фиг.2). Таким образом, площадь поперечного сечения элемента в плоскости, перпендикулярной оси обмотки, составляет 0,64 площади поперечного сечения круга с диаметром, равным внутреннему диаметру обмотки.
Минимум площади поперечного сечения элемента 7 оговорен как четверть от площади поперечного сечения круга с диаметром, равным внутреннему диаметру обмотки ввиду того, что во многих случаях выполнение более значительного перекрытия пути воздушному потоку затруднительно из конструктивных соображений.
В формуле полезной модели не оговорено направление воздушного потока по следующим соображениям. Эффективность охлаждения токоограничивающего реактора с указанными конструктивными особенностями боковым потоком воздуха низкая, т.к. в этом случае путь воздуху преграждают изоляционные планки. Из-за естественной конвекции при направлении воздушного потока сверху вниз эффективность охлаждения также будет
низкой. Таким образом, только направление воздушного потока снизу вверх позволяет достигнуть эффективного охлаждения.
Для приблизительно половины токоограничивающих реакторов основным критерием проектирования является не обеспечение электродинамической стойкости, а длительная работа при номинальном токе. Для таких реакторов применение рассматриваемого технического решения позволит оптимизировать конструкцию и получить значительную (до 15-20%) экономию проводниковых и изоляционных материалов.
Еще одной областью применения данного технического решения являются системы силового электроснабжения с резко изменяющимися или пиковыми нагрузками, что характерно для ряда оборудования металлургии, такого как прокатные станы, электропечи и др. В этом случае токоограничивающий реактор выполняется с блоком управления принудительным охлаждением, который включает вентиляторы только при пиках нагрузки.
В настоящее время разрабатывается документация на серию токоограничивающих реакторов с использованием данного технического решения.
Литература.
1. Патент РФ на изобретение 2184403, МКИ Н 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.
2. Сухие токоограничивающие реакторы. Стернин В.Г., Карпенский А.К./ М.-Л., издательство "Энергия", 1965, стр.121, рис.3-23.