БРОНЕВОЙ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЙ РЕАКТОР

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к токоограничивающим реакторам, предназначенным для ограничения токов короткого замыкания в электрических сетях промышленной частоты, с броневой магнитной системой.
Токоограничивающий реактор с броневым магнитопроводом используют в малогабаритных помещениях при необходимости безопасно размещать реактор вблизи металлоконструкций и другого электрооборудования. Броневой магнитопровод ограничивает электромагнитное поле реактора за счет того, что значительная часть силовых линий электромагнитного поля замыкается по магнитопроводу, обладающему большей магнитной проводимостью относительно воздуха. Таким образом, напряженность поля рассеяния обмотки реактора существенно снижается за пределами магнитопровода, обеспечивая снижение влияния этого поля на металлоконструкции и оборудование.
Известные броневые реакторы других типов (не токоограничивающие) имеют, как правило, замкнутую броневую магнитную систему (замкнутый магнитопровод). Для токоограничивающих реакторов, предназначенных для ограничения токов короткого замыкания, использование магнитопровода замкнутого типа или магнитопровода, часть или все элементы которого размещены в области внутреннего диаметра обмотки – недопустимо. Это связано с тем, что размеры и расположение магнитопровода влияют на величину индуктивности реактора в номинальном режиме работы (индуктивность реактора увеличивается в сравнении с реактором без магнитопровода). Вследствие значительного роста тока и индукции поля в режиме короткого замыкания магнитопровод насыщается, и индуктивность реактора значительно снижается. Как следствие, снижается индуктивное сопротивление, и реактор не способен выполнить свою основную функцию – ограничить ток до заданной величины. В связи с этим, для выполнения броневым токоограничивающим реактором своего назначения – ограничения тока в режиме короткого замыкания – необходимо выполнение магнитопровода незамкнутым.
Броневой токоограничивающий реактор, как отмечалось выше, в процессе работы продуцирует магнитное поле, достаточно мощное, обусловленное значительной индуктивностью обмотки реактора, требуемой для ограничения тока в режиме короткого замыкания. В подавляющем большинстве случаев, когда требуется ограничение данного поля для защиты внешних металлоконструкций или оборудования, недостаточно (неэффективно) выполнить это ограничение в каком-либо одном направлении от реактора, ограничение поля требуется по всему периметру реактора. Таким образом эффективная броневая магнитная система для токоограничивающего реактора имеет не один, а несколько магнитопроводов, расположенных вокруг обмотки реактора.
Как было указано ранее, основное назначение токоограничивающего реактора – ограничение тока в режиме короткого замыкания. Токи короткого замыкания силовых цепей электростанций, распределительных устройств и проч., где устанавливаются токоограничивающие реакторы достигают очень высоких величин, десятков килоампер. Как известно, взаимодействие тока с магнитным полем создает электромагнитные усилия. Для токоограничивающего реактора, имеющего обмотку и расположенные вокруг обмотки незамкнутые магнитопроводы, это обуславливает создание сложной системы силовых механических взаимодействий по типам обмотка-магнитопровод, магнитопровод-магнитопровод, то есть сил, стремящихся изменить пространственное положение магнитопроводов. В таких условиях большое значение имеет создание надежной системы крепления магнитопроводов, отсутствие которой, особенно в режиме короткого замыкания, приведет к перемещению магнитопроводов под действием этой системы сил, к нарушению целостности конструкции, возможно, повреждению самих магнитопроводов и(или) обмотки реактора и выходу реактора из строя.
Крепление магнитопроводов в броневых реакторах, как правило, производится к каркасу обмотки реактора. Здесь и далее под каркасом обмотки понимается система деталей и материалов, обеспечивающих жесткость и устойчивость обмотки. Частным случаем каркаса обмотки является прессующая система, состоящая, например, из планок и стяжных шпилек. При этом, сами магнитопроводы также могут иметь собственный каркас, обеспечивающий их жесткость.
Из уровня техники известен броневой токоограничивающий реактор [Патент на полезную модель RU198570], содержащий обмотку и расположенные вокруг обмотки, закрепленные на ее прессующей системе незамкнутые магнитопроводы, предпочтительно С-образной формы. Причем прессующая система обмотки и магнитопроводы имеют общие элементы крепления (например, стяжные шпильки), расположенные вдоль области внутреннего диаметра обмотки в количестве, соответствующем количеству магнитопроводов. Прессующая система может также содержать радиальные планки.
Недостатком указанного аналога является высокая трудоемкость установки магнитопроводов на обмотку реактора, так как общие элементы крепления обмотки и магнитопроводов находятся в труднодоступном месте – вдоль области внутреннего диаметра обмотки, которое частично перекрывается самими магнитопроводами и элементами их каркаса. Поэтому установка, выравнивание и закрепление «на весу» магнитопроводов в этом месте - трудоемкий процесс.
Кроме того, крепление магнитопроводов в области внутреннего диаметра обмотки предполагает наличие элемента магнитопровода (части его каркаса) в этом месте, что требует дополнения конструкции каркаса магнитопровода установочными деталями, что также повышает трудоемкость его изготовления и сборки.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является повышенная трудоемкость установки магнитопроводов в связи с расположением зоны их крепления, обусловленной размещением магнитопроводов снаружи обмотки, с отсутствием их в области внутреннего диаметра обмотки.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается соответственно в снижении трудоемкости установки магнитопроводов.
Заявляемый броневой токоограничивающий реактор содержит обмотку, каркас обмотки, а также расположенные снаружи обмотки и прикрепленные к её каркасу незамкнутые магнитопроводы.
Реактор отличается тем, что крепление магнитопроводов к каркасу обмотки выполнено за пределами наружного диаметра обмотки. Снижение трудоемкости достигается за счет переноса крепления за наружный диаметр обмотки, то есть в легкодоступное для операций место.
Каркас обмотки может содержать радиальные планки, внешний торец которых имеет паз для установки в него магнитопровода. Паз четко определяет местоположение магнитопровода, исключает возможность смещения и перекоса при установке, таким образом, исключается необходимость подгонки и выравнивания магнитопровода, что дополнительно снижает трудоемкость. Предпочтительно, паз на торце радиальной планки выполняется открытым, что обеспечивает наиболее простые условия для установки магнитопровода в паз.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурой, где показан пример исполнения фиксации магнитопроводов броневого токоограничивающего реактора.
Для подтверждения возможности реализации полезной моделью своего назначения и достижения заявленного технического результата рассмотрим вариант исполнения реактора.
Броневой токоограничивающий реактор (см. Фигуру) состоит из обмотки 1 с ее каркасом в виде прессующей системы и расположенных вокруг обмотки магнитопроводов 3 броневого типа, установленных на прессующей системе обмотки 1.
Магнитопроводы 3 располагаются снаружи обмотки 1 так, чтобы их части отсутствовали в области внутреннего диаметра обмотки 1, и реактор мог реализовать свою функцию ограничения токов короткого замыкания, для чего магнитопроводы 3 выполняются незамкнутыми. Магнитное поле обмотки реактора со стороны ее верхнего, нижнего торцов и за её внешней боковой поверхностью преимущественно будет замыкаться по расположенным снаружи обмотки магнитопроводам, определяя низкий уровень напряженности магнитного поля за пределами реактора по всему периметру, что обеспечит выполнение броневой магнитной системой функции ограничения поля реактора, то есть своего назначения.
Таким образом формируется конструкция токоограничивающего реактора броневого типа с расположением магнитопроводов вокруг обмотки и с опорой на ее каркас, требующая использования надежной системы крепления магнитопроводов. Причем специфичное расположение магнитопроводов 3 обусловлено назначением устройства, то есть расположением магнитопроводов снаружи обмотки (броневая магнитная система) и незамкнутостью магнитопроводов (для реализации функции ограничения токов короткого замыкания).
Каркас обмотки 1 представляет собой прессующую систему, которая может включать радиальные планки 2, предпочтительно стянутые вертикальными шпильками для прессовки обмотки. Магнитопроводы 3 устанавливаются и закрепляются на прессующей системе обмотки, то есть прессующая система обмотки 1 и магнитопроводы 3 имеют общие элементы крепления. Это позволяет надежно зафиксировать магнитопроводы 3, не усложняя конструкцию реактора и процесс его сборки.
Для снижения трудоемкости установки магнитопроводов они крепятся к прессующей системе обмотки 1 за пределами наружного диаметра обмотки 1. То есть крепление магнитопроводов 3 выносится за наружный диаметр обмотки 1, в доступное для манипуляций место, что упрощает операции по креплению магнитопроводов 3.
Крепление магнитопровода 3 к прессующей системе обмотки 1 за ее наружным диаметром может осуществляться к радиальной планке 2, для чего внешний торец радиальной планки 2 прессующей системы имеет паз для установки в него магнитопровода 3, в частности выполняется с формированием паза. При этом магнитопровод сразу фиксируется в определенном месте и исключаются операции подгонки по размерам и выравнивания.
Предпочтительно, паз выполняется открытым, за счет чего упрощается размещение магнитопровода 3 в полости паза. В целом, форма паза может быть любой, от простой прямоугольной до точно повторяющей форму сечения магнитопровода, в том числе паз может быть закрытым или полузакрытым. Но при выполнении паза закрытым или полузакрытым трудоемкость в сравнении с использованием открытого паза будет увеличена.
Магнитопровод 3 крепится к прессующей системе обмотки 1 через планку 2 посредством элементов 4, например, в виде уголков и болтов/шпилек. Каждый магнитопровод 3 фиксируется при помощи планки 2, то есть количество планок 2 должно по крайней мере соответствовать количеству магнитопроводов 3 для максимального снижения трудоемкости при использовании такого приема с обеспечением необходимой надежности крепления (каждый магнитопровод зафиксирован с помощью планки 2). Каркас обмотки 1 может содержать и другие планки 2, не задействованные в креплении магнитопроводов 3.
Для дополнительного повышения надежности при сохранении сниженной трудоемкости изготовления магнитопровод 3 аналогичным образом может быть закреплен к планке прессующей системы обмотки на противоположном торце обмотки (верхнем). То есть магнитопровод крепится либо снизу, либо сверху, либо одновременно сверху и снизу обмотки, что определяется главным образом величиной электродинамических (механических) усилий, возникающих в режиме протекания тока короткого замыкания.
Магнитопровод 3 может быть любой незамкнутой формы, в том числе не иметь ярем. Предпочтительно магнитопроводы 3 имеют С-образную форму, что обеспечивает ограничение магнитного поля во всех направлениях, в том числе сверху и снизу реактора. Количество магнитопроводов 3 и их размещение по периметру обмотки 1 определяется необходимым уровнем ограничения электромагнитного поля реактора (с увеличением количества магнитопроводов 3 растет уровень ограничения поля). Сечение магнитопроводов 3 определяется расчетным путем на основе заданных параметров обмотки 1 и допустимого уровня электромагнитной индукции в магнитопроводе 2 (зависит от конкретной марки электротехнической стали). Расстояния (зазоры) между ярмами магнитопроводов 3 и обмоткой 1 определяются допустимыми изоляционными расстояниями для заданного класса напряжения. Изменение данных расстояний позволяет регулировать уровень влияния магнитопроводов 2 на индуктивность обмотки 1, уменьшая это влияние до нужных значений.