ТРЕХФАЗНЫЙ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЙ РЕАКТОР С ВОЗДУШНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ

Полезная модель относится к токоограничивающим реакторам, служащим для защиты электротехнического оборудования от повреждений, вызванных бросками тока короткого замыкания, и надежного отключения при коротких замыканиях в сети. Полезная модель может найти применение в энергетических системах.
Назначение токоограничивающего реактора состоит в том, что при коротком замыкании, нарастание тока в цепи с индуктивностью, согласно закону Ленца, сдерживается во времени, позволяя срабатывать устройствам, отключающим поврежденные линии.
Известен трехфазный токоограничивающий реактор с воздушным сердечником вертикальной конструкции, состоящий из трех концентрических соосных фазных обмоток, намотанных транспонированным проводом в несколько слоев и установленных друг на друга через опорные изоляторы, расположенные между крестовинами, которые установлены с обоих торцов каждой фазной обмотки (http://www.energo-info.ru/images/pdf/transformatorostroenie/tr_010_d.pdf).
Между слоями обмотки формируются вентиляционные каналы. Отсутствие ферромагнитного сердечника позволяет добиться линейности характеристик реактора, то есть постоянства индуктивного сопротивления.
Недостатками указанного реактора являются дороговизна транспонированного провода, сложность укладки кабеля и сложность механического крепления всей конструкции.
Известен также токоограничивающий реактор с воздушным сердечником, обмотка которого намотана проводом, образующим ряды, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные посредством изоляционных прокладок, размещенных оппозитно друг другу и образующих по высоте вертикальные колонки. В прокладках выполняются 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 дистанцирующих элементов (патент RU №2184403, МПК H01F 37/00, H01F 38/02, H01F 27/30, 2000 г.).
Недостаток такой конструкции состоит в сложности укладки провода и сложности механического крепления всей конструкции.
Известна также конструкция фольгового трехфазного токоограничивающего реактора с воздушным сердечником, состоящего из трех концентрических соосных фазных обмоток, намотанных медной или алюминиевой фольгой (http://www.hilkar.com/currentlimitingreactors.html). Между витками фольги проложена межвитковая изоляция. Каждая фазная обмотка состоит из нескольких соосных катушек. Витки соседних катушек фазной обмотки соединены друг с другом последовательно. В отличие от реактора проводной конструкции фольговый реактор более технологичен в изготовлении. При такой технологии изготовления обмотки отпадает необходимость в транспозиции проводов, вследствие чего уменьшаются габариты и веса всего реактора. Высока механическая прочность конструкции обмотки и реактора в целом.
Недостаток данной конструкции заключается в сложности организации многочисленных последовательных соединений между витками соседних катушек.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является конструкция трехфазного токоограничивающего реактора с воздушным сердечником вертикальной конструкции, каждая фазная обмотка которого намотана из цельной алюминиевой или медной фольги (http://www.idelectro.ru/index.php?p=39&ToDo=ShowFullArticle&id=5, (http://www.energo-info.rn/images/pdf/simp/2-45.pdf,). Слой обмотки образует один виток, между витками укладывается межслоевая изоляция. В обмотке имеются каналы, обеспечивающие охлаждение. Каждая фазная обмотка с помощью шпилек стягивается с торцов двумя крестовинами. Между двумя крестовинами двух соседних фазных обмоток крепятся опорные изоляторы. Опорные изоляторы обеспечивают достаточное изоляционное расстояние между фазами. Выводы реактора выполняются из алюминиевой шины привариваемой к фольге по всей высоте к обмотке.
Исследования показывают (Тихонов А.И., Иванов А.В. Расчет и производство токоограничивающих реакторов из алюминиевой ленты / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И.Ленина». - Иванове, 2010. - 116 с.), что главным недостатком этих реакторов является мощный эффект вытеснения тока в края фольги (ленты), вызывающий локальные перегревы.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в выравнивании токораспределения по высоте обмотки, в упрощении технологии изготовления и в уменьшении затрат проводникового материала на изготовление катушек реактора.
Технический результат достигается тем, что трехфазный токоограничивающий реактор с воздушным сердечником, содержит три соосные фазные обмотки, намотанные из алюминиевой или медной ленты с элементами крепления, каждая фазная обмотка состоит из двух катушек, соединенных параллельно, расположенных соосно, чередуясь с катушками других фаз так, что между двумя катушками одной фазы находятся две катушки других фаз. Таким образом каждая фазная обмотка состоит из двух катушек, соединенных параллельно и разнесенных друг относительно друга на сравнительно большое расстояние.
На фиг.1 изображен токоограничивающий реактор с воздушным сердечником.
На фиг.2 изображена принципиальная схема соединения катушек токоограничивающего реактора с воздушным сердечником.
Трехфазный токоограничивающий реактор состоит из шести концентрических катушек 1, намотанных из алюминиевой или медной фольги (ленты). Витки в каждой катушке изолированы друг от друга. Несколько последовательных витков образуют концентр обмотки 2. Между концентрами формируются охлаждающие каналы 3, в которые укладываются немагнитные клинья из стеклопластика 4. Каждая катушка зажата между двумя крестовинами 5 с помощью шпилек 6. Катушки вместе с крестовинами устанавливаются соосно одна на другую через опорные изоляторы 7. Каждая пара катушек, между которыми находятся две другие катушки соединены друг с другом параллельно образуя фазную обмотку, как это показано на фиг.2.
Как отмечалось, при работе фольгового реактора в его обмотках возникает мощный эффект вытеснения тока, в результате чего плотность тока в средних по высоте областях катушки в 5-10 раз меньше плотности тока по ее краям. Причем ток течет в основном именно по краям катушки. Это приводит к росту потерь электроэнергии в реакторе в три и более раза, а также к перегревам торцевых областей катушки. Так как в средних областях катушки ток практически не протекает, то в таких случаях в электротехнике известен прием, заключающийся в вырезании средних областей, так что катушка распадается на две параллельно соединенные соосные катушки, между которыми имеется расстояние, равное вырезанной части катушки. Такая пара катушек в электромагнитном отношении идентична исходной катушке. Так как ток при этом выравнивается по высоте катушек, как показывают тепловые расчеты, такая пара перегревается в меньшей степени, чем исходная катушка.
Так как катушки мотаются из фольги (ленты), высота которой в три и более раза меньше, чем в прототипе, это упрощает технологию намотки. Кроме того, по этой же причине предлагаемое техническое решение позволяет экономить проводниковый материал (до 30% и более), сохраняя динамическую стойкость конструкции.
Так как в промежутке между двумя катушками одной фазной обмотки размещаются две катушки двух других фазных обмоток, то высота всей конструкции возрастает несущественно.