ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЙ РЕАКТОР

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике, в частности к реакторостроению, трансформатостроению, и может быть использована в системах электропитания в качестве фазы токоограничивающих реакторов, служащих для ограничения токов короткого замыкания в электрических сетях и сохранения определенного уровня напряжения в электроустановках в случае короткого замыкания в энергосистемах с частотой 50 и 60 Гц.
Из уровня техники 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 в изоляционных прокладках выполнены отверстия для расположения стягивающих элементов, центры поперечных сечений стягивающих элементов расположены на двух окружностях, одна из которых имеет диаметр меньший, чем внутренний диаметр витков обмотки, а другая имеет диаметр больший, чем наружный диаметр витков обмотки, причем стягивающие элементы, расположенные на окружности меньшего диаметра, представляют собой шпильки с высотой, превышающей высоту витков обмотки, при этом, по меньшей мере, один из стягивающих элементов, расположенных на окружности большего диаметра, выполнен в виде составной шпильки, состоящей из, по меньшей мере, двух шпилек, высота каждой из которых не превышает высоту витков обмотки, и эти шпильки соединены между собой переходной гайкой (см. патент на полезную модель №102428 «Токоограничивающий реактор», дата подачи 31.08.2010 г., опубликовано 27.02.2011 г.).
Известен токоограничивающий реактор, содержащий обмотку, состоящую из витков изолированного провода круглого сечения, витки образуют ряды, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные посредством изоляционных прокладок, образующих по высоте вертикальные колонки, при этом изоляционные прокладки имеют пазы, в которых размещены витки изолированного провода, изоляционные прокладки, образующие соответствующие вертикальные колонки, скреплены в торцевых зонах посредством стягивающих элементов, при этом пазы, по меньшей мере, в двух изоляционных прокладках в каждой вертикальной колонке выполнены в виде полукругов (см. патент на полезную модель №37574 «Токоограничивающий реактор», дата подачи 09.02.2004 г., опубликовано 27.04.2004 г.).
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, по меньшей мере, одна из прокладок имеет форму поперечного сечения в плоскости, перпендикулярной оси обмотки, соответствующего 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 (см. патент на полезную модель №82925 «Токоограничивающий реактор», дата подачи 20.11.2008 г., опубликовано 10.05.2009 г.).
Кроме того, 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, по меньшей мере, две из изоляционных прокладок в каждой вертикальной колонке выполнены с выступами, причем в каждой вертикальной колонке имеется, по меньшей мере, две изоляционные прокладки с выступами, направленными вниз и вверх, и, по меньшей мере, две изоляционные прокладки без выступов, причем изоляционные прокладки с выступами чередуются по высоте с изоляционными прокладками без выступов (см. патент на полезную модель №101263 «Токоограничивающий реактор», дата подачи 16.08.2010 г., опубликовано 10.01.2011 г.).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является токоограничивающий реактор, содержащий обмотку, состоящую из витков провода, образующие ряды, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные посредством изоляционных прокладок, размещенных оппозитно друг другу и образующих по высоте вертикальные колонки, при этом 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 дистанционных элементов (см. патент на полезную модель №16567 «Токоограничивающий реактор», дата подачи 18.10.2000 г., опубликовано 10.01.2001 г.).
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, повышение электродинамической и термической стойкости, механической прочности, эксплуатационной надежности при коротких замыканиях.
Кроме того, заявляемая конструкция позволяет упростить ее монтаж/демонтаж.
Указанный технический результат достигается тем, что токоограничивающий реактор, включающий обмотку, состоящую из витков провода с токопроводящими жилами, образующих ряды, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные посредством размещенных оппозитно друг другу и образующих по высоте вертикальные колонки изоляционных наборных прокладок с пазами, в которых размещены витки провода, при этом вертикальные колонки в торцевых зонах скреплены посредством стягивающих элементов и жестко зафиксированы на наружной поверхности с помощью дистанционных элементов, в качестве которых используют фиксирующие планки и кольца, согласно полезной модели в дистанционных элементах дополнительно выполнены соосные друг другу сквозные крепежные отверстия, длина фиксирующих планок превышает длину изоляционных наборных прокладок, пазы которых выполнены с зазором, при этом обмотка состоит из нескольких расположенных параллельно друг другу проводов, выводы начала и конца каждого из которых имеют собственную контактную пластину, вынесенную на наружный диаметр обмотки и отведенную от нее на заданное расстояние, а каждая токопроводящая жила выполнена с изоляцией.
Зазор превышает наружный диаметр провода обмотки на 2-3 мм.
Выводы начала и конца провода выполнены в виде пластин, изготовленных из алюминия или меди.
Заданное расстояние, на которое вынесены выводы начала и конца провода от наружного диаметра обмотки, составляет, преимущественно, 400-500 мм.
Допускается выполнение токопроводящих жил провода без изоляции.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели такому условию патентоспособности, как «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления заявляемого устройства.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где
Фиг.1 - вид сбоку в разрезе;
Фиг.2 - вид сверху.
Осуществление полезной модели подтверждено примерами конкретного выполнения.
Заявляемое устройство представляет собой одну фазу токоограничивающего реактора, который, как правило, содержит комплект, состоящий из нескольких фаз, преимущественно, трех, с различным их расположением, например, вертикальным, или угловым, или горизонтальным. Каждая фаза токоограничивающего реактора является катушкой индуктивности с линейным индуктивным сопротивлением без стального магнитопровода.
Токоограничивающий реактор содержит обмотку цилиндрической формы, состоящую из концентрических витков нескольких расположенных параллельно друг другу проводов 1.1-1.a с алюминиевыми или медными токопроводящими жилами, выполненными, преимущественно с изоляцией. Допускается выполнение токопроводящих жил без изоляции. Витки образуют выполненные по кабельной схеме ряды 2.1-2.b, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные друг от друга с помощью изоляционных наборных прокладок 3.1-3.c, в которых пазы выполнены с зазором. Внутренняя поверхность пазов конгруэнтна наружной поверхности провода. Изоляционные наборные прокладки 3.1-3.c, размещенные по высоте и образующие радиально расположенные вертикальные опорные колонки 4.1-4.d, в торцевых зонах скреплены стягивающими элементами 5.1-5.e, в качестве которых используют стяжные шпильки, выполненные из немагнитных нержавеющих сталей.
Наборные изоляционные прокладки 3.1-3.c, образующие соответствующую опорную колонку, на наружной поверхности, в нижней и верхней ее частях, жестко скреплены с помощью дистанционных элементов, в качестве которых используют фиксирующие планки: прижимную 6 и опорную 7, и установочные кольца 8.1 и 8.2, в которых выполнены дополнительные соосные друг другу отверстия для крепежного соединения, в качестве которого используют, как правило, болтовое соединение. Такое крепление наборных прокладок 3.1-3.c обеспечивает повышенную эксплуатационную и механическую надежность устройства, предотвращает его от радиальных и угловых смещений, позволяет сохранить форму и геометрические параметры постоянными, причем, как в номинальном (рабочем) режиме работы, так и в аварийном, например, при коротком замыкании (КЗ), и, как следствие, позволяет повысить электродинамическую и термическую стойкость конструкции.
Длина фиксирующих планок 6 и 7 превышает длину изоляционных наборных прокладок 3.1-3.c, пазы которых выполнены с зазором, при этом размер пазов превышает размер наружного диаметра проводов 1.1-1.a на 2-3 мм. Наличие зазора позволяет демпфировать значительные знакопеременные электродинамические усилия, возникающие в обмотке в момент короткого замыкания (КЗ), разгружая, тем самым, опорные колонки и опорно-стержневые изоляторы 9.1-9.f от больших усилий. Кроме того, наличие зазора между внутренней поверхностью пазов наборных прокладок и проводами упрощает при монтаже/демонтаже укладку проводов. Изоляторы 9.1-9.f, выполненные из полимерного или композитного материала, обеспечивают необходимый изоляционный уровень между обмотками для соответствующего класса напряжения.
Выводы начала и конца каждого провода обмотки, например, начала 10 и конца 11, выполнены в виде контактных пластин из алюминия или меди и вынесены на наружный диаметр обмотки, при этом пластины отнесены от обмотки на заданное расстояние, преимущественно, 400-500 мм, что исключает перегрев пластин при рабочем режиме, и, в свою очередь, способствует повышению электродинамической и термической стойкости устройства, механической прочности, эксплуатационной надежности при коротких замыканиях.
Помимо этого, снабжение каждого вывода каждого провода отдельной контактной пластиной, позволяет упростить проведение монтажных работ, а также ошиновку токоограничивающего реактора.
Применение провода обмотки, в котором каждая токопроводящая жила выполнена изолированной, позволяет значительно снизить потери активной мощности, нагрев обмотки, обусловленных вихревыми токами и в проводниках обмотки, наводимыми собственным переменным магнитным полем, что также способствует достижению указанного технического результата.
Осуществление полезной модели подтверждается примерами конкретного выполнения.
Реакторы могут быть выполнены, как в одинарном исполнении, так и в сдвоенном исполнении.
У одинарных (линейных) реакторов с секционной обмоткой катушка фазы исполнения состоит из двух параллельно соединяемых секций обмоток, намотанных в противоположных направлениях. Такие реакторы ограничивают мощность короткого замыкания на отходящей линии, сетях и на подстанциях, питающихся на данной линии. Как правило, одинарные реакторы рекомендуют устанавливать после выключателя.
У сдвоенных (межсекционных) реакторов обмотка катушки состоит из двух ветвей обмоток с высокой взаимоиндуктивностью и одинаковым направлением намотки обмоток ветвей. Установку таких реакторов осуществляют в распределительных устройствах мощных станций и подстанций. Разделяя отдельные участки, они ограничивают мощность короткого замыкания в пределах самой станции и распределительных устройств.
Принцип действия обоих типов реакторов основан на повышении реактивного сопротивления обмотки в момент короткого замыкания, что обеспечивает уменьшение (ограничение) токов КЗ и позволяет поддерживать в момент КЗ уровень напряжения неповрежденных присоединений.
Заявляемая конструкция токоограничивающего реактора обеспечивает надежное закрепление витков провода, что позволяет повысить его эксплуатационную и механическую надежность, а также значительно упростить ее монтаж/демонтаж.
Применение заявляемого устройства позволяет ограничить номинальный ток отключения линейных выключателей и обеспечить термическую стойкость отходящих кабелей. Благодаря использованию реактора такой конструкции, все неповрежденные линии находятся под напряжением, близким к номинальному, так как поддерживается напряжение на сборных шинах, что повышает надежность и стойкость работы электроустановок и облегчает эксплуатацию электрооборудования.