БРОНЕВОЙ РЕАКТОР С ВЕРТИКАЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ ФАЗ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к электрическим реакторам с броневой магнитной системой и вертикальной установкой фаз, то есть имеющим две и более фазы, установленные друг на друга, и предназначенным для ограничения или сглаживания токов в электрических сетях.
Броневой токоограничивающий реактор (с броневой магнитной системой) используют, как правило, 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.
Броневой токоограничивающий реактор, как отмечалось выше, в процессе работы продуцирует магнитное поле, достаточно мощное, обусловленное значительной индуктивностью обмотки реактора. 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.
Токи в силовых цепях электростанций, распределительных устройствах и проч., где устанавливаются броневые реакторы, которые могут достигать очень высоких величин, например, десятков килоампер в режиме короткого замыкания в цепи. Как известно, взаимодействие тока с магнитным полем создает электромагнитные усилия. Для реактора, имеющего обмотку и расположенные вокруг обмотки 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. Так, 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. При этом сами магнитопроводы также могут иметь собственный каркас, обеспечивающий их жесткость.
В подавляющем большинстве случаев, в частности, токоограничивающие реакторы, в том числе с броневой магнитной системой, применяются в трехфазных промышленных электрических сетях. Самыми распространенными способами установки (компановки) трехфазных комплектов реакторов (например, согласно В.Г. Стернин, А.К. Карпенский «Сухие токоограничивающие реакторы», Москва, «ЭНЕРГИЯ», 1965г. – стр.12-13) являются: вертикальная установка фаз, ступенчатая (угловая) и горизонтальная. При вертикальной установке три фазы реактора монтируются друг на друга вертикально, при ступенчатой (угловой) две фазы монтируются друг на друга, а третья устанавливается отдельно. Выбор варианта установки определяется главным образом размерами площадки или помещения для реактора(ов), так, например, в помещениях с малой шириной/длиной предпочтение отдается реакторам с вертикальной установкой фаз.
Известно также решение вертикального броневого реактора [https://ensons.ru/products/tor_2], состоящего из установленных друг на друга фаз броневого реактора с магнитопроводами, расположенными снаружи прессующей системы обмотки.
В указанном источнике не раскрыты сведения об элементах крепления магнитопроводов. Между тем броневой реактор продуцирует мощное магнитное поле, обусловленное значительной индуктивностью обмотки и усиленное добавлением магнитопроводов, имеет значительные величины токов короткого замыкания (до десятков кА), а также несколько магнитопроводов, расположенных вокруг обмотки. Все это обуславливает наличие сложной системы силовых механических взаимодействий по типам обмотка-магнитопровод, магнитопровод-магнитопровод, то есть сил, стремящихся изменить пространственное положение магнитопроводов. Отсутствие надежной системы креплений магнитопроводов при работе реактора, особенно в режиме короткого замыкания, приведет к их перемещению под действием такой системы сил, к нарушению целостности конструкции, возможно, к повреждению самих магнитопроводов и(или) обмотки реактора и выходу реактора из строя. Поэтому указанное выше техническое решение в отсутствие элементов крепления практически неприменимо.
Кроме того, из источника следует, что фазы трехфазного реактора устанавливаются друг на друга через промежуточную установку изоляторов, что увеличивает трудоемкость сборки трехфазного реактора и габарит реактора по высоте.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является высокая трудоемкость и увеличенные габариты реактора по высоте при использовании опорных изоляторов для установки фаз.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении производственной технологичности устройства за счет снижения трудоемкости его изготовления и монтажа. Кроме того, упрощается выполнение защитного заземления устройства, снижаются его габариты по высоте.
Заявляемый броневой реактор содержит не менее двух установленных друг на друга фаз. Каждая фаза при этом состоит из обмотки и расположенных снаружи обмотки магнитопроводов, имеющих собственные каркасы. Фазы реактора устанавливаются друг на друга непосредственно на каркасы магнитопроводов, посредством которых крепятся друг к другу.
Такая конструкция позволяет исключить операции по установке и креплению дополнительных опорных элементов между фазами реактора (например, опорных изоляторов) и соответственно снизить трудоемкость изготовления и монтажа реактора. Таким образом, достигается повышение производственной технологичности реактора. Дополнительно снижается материалоемкость и габарит готового изделия по высоте.
Каркас магнитопровода может содержать скобы, форма которых может быть подобрана таким образом, чтобы максимально упростить (снизить трудоемкость) установки, выравнивания и крепления каркасов магнитопроводов друг к другу.
Сущность полезной модели поясняется фигурами, где изображено:
- на фиг. 1 - общий вид броневого реактора, причем два магнитопровода на верхней фазе не показаны для отображения каркаса обмотки;
- на фиг. 2 - местный вид А с фиг. 1.
Для подтверждения возможности реализации полезной моделью своего назначения и достижения заявленного технического результата рассмотрим вариант исполнения реактора.
Броневой реактор (см. фиг. 1) содержит две или более фазы, устанавливаемые друг на друга вертикально. Обычно, реактор имеет три фазы, которые установлены друг на друга, в связи с его использованием в наиболее распространенных трехфазных электрических сетях.
Каждая фаза состоит из обмотки 1, каркаса 2 обмотки 1, а также расположенных снаружи обмотки 1 и закрепленных на каркасе 2 магнитопроводов 3, каждый из которых имеет собственный каркас 4.
Броневая магнитная система, обуславливающая расположение магнитопроводов снаружи обмотки, способствует достижению технического результата за счет того, что позволяет выполнять крепление магнитопроводов каждой фазы друг к другу именно снаружи реактора, то есть в легкодоступном месте, снижая трудоемкость данной операции.
Так как реактор в процессе эксплуатации может подвергаться значительным механическим, вибрационным, а также ветровым и сейсмическим нагрузкам, для его функционирования требуется обеспечить надежное крепление фаз между собой. Фазы заявляемого реактора устанавливаются друг на друга непосредственно на каркасы 4 магнитопроводов 3, а каркасы 4 затем крепятся друг к другу. То есть промежуточные опорные элементы не используются.
Каркас 4 магнитопровода 3 может представлять собой как систему узлов, деталей, материалов, так и единичные детали, обеспечивающие жесткость собранного магнитопровода, включая его прессовку. В заявляемом устройстве каркас 4 обеспечивает также возможность крепления магнитопровода 3 к каркасу 2 обмотки 1 и к другому (смежному) магнитопроводу (другой фазе реактора). Каркасы магнитопроводов могут состоять из неметаллических или металлических материалов, или их совокупности. Предпочтительно прессовать магнитопровод путем стягивания элементов каркаса между собой (например, стягивание прессующих скоб шпильками) для снижения шума и вибрационных нагрузок, а также придания дополнительной жесткости конструкции.
На фигуре 2 показан пример выполнения крепления фаз реактора друг к другу через каркасы 4 магнитопроводов 3, в состав которых входят прессующие магнитопровод скобы 4’. Так на фиг.2 магнитопровод 3’ верхней фазы, имеющий собственный каркас со скобами 4’ устанавливается на магнитопровод 3” нижней фазы, имеющий собственный каркас со скобами 4”. В месте контакта скоб 4’ и 4” магнитопроводов 3’ и 3” соответственно производится крепление, например, болтовым соединением.
Магнитопроводы соседних (смежных) фаз посредством их каркасов 4 соединены друг с другом, а обмотки 1 каждой фазы имеют соединение посредством их каркаса 2 с каждым магнитопроводом 3 своей фазы. То есть отсутствуют незакрепленные (незафиксированные) элементы, которые могли бы перемещаться под действием электромагнитных сил в работающем реакторе и привести к выходу его из строя. За счет этого достигается общая жесткость системы соединений фаз реактора, позволяющая ему выполнять свои рабочие функции.
Технологичность такой установки фаз друг на друга достигается за счет отсутствия необходимости установки промежуточных элементов. Например, промежуточных опорных элементов - опорных изоляторов между фазами. Элемент каркаса магнитопровода, например, скоба, одновременно обеспечивает прессовку магнитопровода, крепление магнитопровода и обмотки (каркаса обмотки), а также крепление фаз друг к другу. Таким образом, одна деталь может функционально заменить установку нескольких деталей или узлов крепления, благодаря чему, число технологических операций снижается.
Минимальный габарит реактора по высоте обеспечивается отсутствием промежуточных опорных элементов и минимальными зазорами между каркасами магнитопроводов, которые могут обуславливаться исключительно технологической необходимостью и в частном случае вообще отсутствовать, а также за счет возможности устанавливать всю группу фаз на фундамент непосредственно на каркасы магнитопроводов нижней фазы.
Кроме того, согласно нормативным документам (например, правилам устройства электроустановок «ПУЭ»), нетоковедущие части электроустановок, в данном случае -  магнитопроводы реактора, должны иметь защитное заземление. Непосредственное соединение каркасов магнитопроводов при установке их друг на друга позволяет выполнить защитное заземление для магнитопроводов всех фаз одной цепью за счет прямого контакта металлических частей каркасов магнитопроводов (скоб, болтов) от верхней фазы к нижней. В таком случае каждая колонна магнитопроводов находится в последовательной цепи заземления вплоть до опорного основания нижней фазы, которое подключается к внешней цепи заземления. То есть исключается необходимость раздельного подключения к цепям заземления каждого магнитопровода каждой фазы, что снижает трудоемкость монтажа и, тем самым, повышает производственную технологичность.