БРОНЕВОЙ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЙ РЕАКТОР

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к токоограничивающим реакторам, предназначенным для ограничения токов короткого замыкания в электрических сетях промышленной частоты.
Известные броневые реакторы имеют, как правило, замкнутую броневую магнитную систему. 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 объем и расположение магнитопроводов определяют 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.
Из уровня техники известен реактор большой мощности с железным магнитопроводом [CN 105006350 A, WUXI SHN ELECTRICS CO LTD, опубл. 28.10.2015, H01F 27/24; H01F 27/26], содержащий множество прямоугольных железных элементов сердечника, которые расположены равномерно по окружности, образуют кольцевую решетчатую структуру и закреплены системой крепления. Причем элементы сердечника расположены так, что площадь зоны теплового излучения и пространство теплового излучения сердечника могут быть увеличены, а тепловое излучение, генерируемое сердечником может быть уменьшено. В воздушных зазорах магнитопроводов расположены резиновые прокладки так, что достигается эффект демпфирования и индуктивность реактора может быть отрегулирована. Система крепления состоит из основания, крышки, расположенной на магнитопроводах, зафиксированных затягиванием множества болтов, и выполнена из нержавеющей стали так, что можно предотвратить его нагрев, возникающий из-за рассеивания магнитного потока. Прямоугольные магнитные сердечники состоят из верхнего ярма, стержня и нижнего ярма, при этом стержень состоит из двух стержней, расположенных на расстоянии параллельно друг другу. Верхние части стержней и оба конца верхнего ярма соединены между собой, как и нижние концы стержней и нижнее ярмо.
Известная конструкция решает задачу ограничения собственного поля реактора, но данный реактор не может быть использован в качестве токоограничивающего. Магнитопровод реактора имеет помимо прочих элементов стержень, расположенный в области внутреннего диаметра обмотки, и в режиме короткого замыкания из-за насыщения стержня и значительного снижения индуктивности реактор не сможет выполнить функцию ограничения тока.
Наиболее близким аналогом является известный броневой токоограничивающий реактор [Ensons.ru: сайт ООО «Энсонс» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ensons.ru/products/tor_2, свободный], содержащий обмотку, окруженную С-образными магнитопроводами, прессующую систему в виде расположенных радиально планок и стяжных шпилек. Такая конструкция позволяет расположить реактор в камере малых размеров за счет уменьшения потоков рассеяния магнитного поля использованием броневой магнитной системы.
Радиальные планки прототипа размещены между магнитопроводами и фиксируются стяжными шпильками. Из сведений о прототипе неизвестен способ фиксации магнитопроводов, так как на изображениях не идентифицируются какие-либо элементы крепления. При этом броневой реактор продуцирует мощное магнитное поле, обусловленное как значительной индуктивностью обмотки реактора, так и усиленное добавление магнитопроводов, имеет значительные величины токов короткого замыкания (до десятков кА), а также имеет несколько магнитопроводов, расположенных вокруг обмотки. Все это обуславливает создание 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 этой системы сил, к нарушению целостности конструкции, возможно, повреждению самих магнитопроводов и(или) обмотки реактора и выходу реактора из строя.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель является создание надежной конструкции токоограничивающего реактора, ограничивающего собственное магнитное поле.
При реализации полезной модели достигается обеспечение надежности конструкции токоограничивающего реактора, магнитопроводы которого ограничивают его собственное магнитное поле, без существенного усложнения устройства. Результат достигается за счет обеспечения жесткости и стабильности конструкции в целом, надежности фиксации всех его частей, в особенности магнитопроводов, как наиболее подверженных воздействиям, которые могут привести к перемещению.
Заявляемый броневой токоограничивающий реактор содержит обмотку, а также расположенные снаружи обмотки и закрепленные на ее прессующей системе незамкнутые магнитопроводы. Причем прессующая система обмотки и магнитопроводы имеют общие элементы крепления (например, стяжные шпильки), расположенные вдоль области внутреннего диаметра обмотки в количестве, соответствующем количеству магнитопроводов.
Магнитопроводы, предпочтительно, выполнены С-образной формы, которая позволяет снизить влияние эффектов, способствующих их перемещению, а также использовать дополнительные способы фиксации.
Прессующая система обмотки реализует двойную функцию - обеспечение каркасности обмотки и фиксация магнитопроводов с обеспечением жесткости устройства в целом. При этом отсутствует необходимость использовать дополнительные средства фиксации, а также дополнительные операции по креплению магнитопроводов. Для обеспечения жесткости обмотки прессующая система может также содержать радиальные планки.
Надежность фиксации обеспечивается наличием единого жесткого элемента, связывающего каждый магнитопровод с прессующей системой обмотки, например, стяжной шпильки. К ней, в особенности, магнитопровод С-образной формы может быть закреплен как верхней, так и нижней частями, с фиксацией, например, гайками и контргайками. При этом исключается возможность осевого и радиального смещения магнитопроводов.
Кроме того, магнитопроводы могут быть соединены между собой планками по наружному периметру реактора для обеспечения дополнительной жесткости конструкции за счет предупреждения вращательного движения магнитопроводов.
Также надежность фиксации может быть дополнительно обеспечена использованием элементов прессовки магнитопроводов как общих элементов крепления, например, в виде собственного каркаса для каждого магнитопровода.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - вид реактора сверху;
на фиг. 2 - сечение по А-А.
Для подтверждения возможности реализации полезной моделью своего назначения и достижения заявленного технического результата рассмотрим вариант исполнения реактора.
Броневой токоограничивающий реактор (фиг. 1, фиг. 2) состоит из обмотки 1 (катушки индуктивности), окруженной, по крайней мере двумя магнитопроводами броневого типа, которые фиксируются на прессующей системе обмотки. Магнитопроводы 2 располагаются снаружи обмотки 1 так, чтобы их части отсутствовали в области внутреннего диаметра обмотки и реактор мог реализовать свою функцию ограничения токов короткого замыкания.
Предпочтительно магнитопроводы 2 имеют С-образную форму, что не только обеспечивает эффективное ограничение магнитного поля, но и позволяет дополнительно фиксировать магнитопроводы по их краям вдоль области внутреннего диаметра обмотки. Кроме того, обмотка в таком случае размещается на нижних ярмах С-образных магнитопроводов, и сила трения препятствует их вращению.
Использование броневой незамкнутой магнитной системы с размещением магнитопроводов 2 снаружи обмотки 1 позволяет минимизировать влияние магнитной системы на индуктивность реактора, тем самым, при протекании токов короткого замыкания, при насыщении магнитопроводов 2 индуктивное сопротивление реактора снижается в допустимых пределах (допустимые пределы определяются нормативными документами, техническими заданиями, техническими условиями, ГОСТ). Таким образом, сохраняется основная функция токоограничивающего реактора - ограничение тока короткого замыкания.
Наличие броневого магнитопровода 2 обеспечивает кроме того ограничение внешнего относительно обмотки 1 электромагнитного поля реактора за счет того, что значительная часть силовых линии электромагнитного поля замыкается по магнитопроводам 2, обладающим значительно большей магнитной проводимостью относительно воздуха, и уровень поля рассеяния обмотки 1 существенно снижается. Такое ограничение поля позволяет безопасно размещать реактор вблизи металлоконструкций и другого электромагнитного оборудования, в том числе в малогабаритных помещениях.
Обмотка 1 может быть выполнена многослойной цилиндрической, катушечной, дисковой, винтовой или другого типа. Для ее выполнения может использоваться алюминиевый или медный провод круглого или прямоугольного сечения либо лента, фольга, шина и другие материалы. Тип обмотки и провода может быть выбран в зависимости от особенностей оснащения производства.
Магнитопроводы 2 могут содержать верхние, нижние и боковые ярма, в частности, из шихтованной электротехнической стали. Фиксация частей магнитопроводов 2 между собой может осуществляться прессующими элементами. Для наилучшей фиксации формы и обеспечения жесткости конструкции каждый магнитопровод 2 может иметь каркас 3. Через каркас 3 или другие элементы прессовки магнитопроводы 2 могут крепиться к прессующей системе обмотки 1. Использование каркаса 3 магнитопровода 2 реализует одновременно ряд функций, в том числе прессовка листов стали в магнитопроводе 2, снижающая вибрацию и шум, фиксация между собой отдельных частей магнитопроводов 2 - ярем, крепление к прессующей системе обмотки 1, что в итоге дополнительно обеспечивает жесткость конструкции реактора в целом. Фиксация магнитопроводов 2 к прессующей системе обмотки может также производиться через каркасы 3 или иные прессующие элементы магнитопроводов 2.
Надежность фиксации всех магнитопроводов 2 дополнительно обеспечивается использованием элементов крепления магнитопроводов 2 между собой. Например, внешние части магнитопроводов 2 по наружному периметру реактора соединены между собой боковыми планками 6. Планки 6 позволяют предупредить вращательное движение магнитопроводов относительно общих элементов крепления.
Количество магнитопроводов 2 и их размещение по периметру обмотки 1 определяется необходимым уровнем ограничения электромагнитного поля реактора (с увеличением количества магнитопроводов 2 растет уровень ограничения поля). Сечение магнитопроводов 2 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 2 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.
Каркасность обмотки 1 обеспечивается прессующей системой, состоящей из радиальных планок 4 и стяжных шпилек 5. При этом прессующая система обмотки 1 и магнитопроводы 2 имеют общие элементы крепления. Это позволяет надежно зафиксировать магнитопроводы 2, не усложняя конструкцию реактора и процесс его сборки дополнительными элементами крепления. Общие элементы крепления располагаются вдоль внутреннего диаметра обмотки в соответствии с расположением магнитопроводов, в том числе могут фиксироваться во внутреннем диаметре обмотки.
Предпочтительно магнитопроводы 2 фиксируются стяжными шпильками 5 прессующей системы обмотки 1, расположенными вдоль (в) области внутреннего диаметра обмотки для каждого магнитопровода, как общими элементами крепления. То есть шпильки 5 являются для магнитопроводов 2 крепежными элементами и предотвращают их осевое и радиальное смещение.
Радиальные планки 4 располагаются также вдоль области внутреннего диаметра обмотки и фиксируются там по крайней мере одним своим концом. Планки 4 прессуют обмотку с верхнего и нижнего торцов и участвуют в формировании каркаса обмотки, стабилизируя устройство в радиальном направлении.
Специфика расположения магнитопроводов вокруг обмотки требует оснащения фактически каждого магнитопровода общими элементами крепления. Так достигается их равномерная фиксация на прессующей системе обмотки. Использование именно области внутреннего диаметра обмотки для фиксации магнитопроводов обусловлено габаритами и архитектурой устройства. Это, как и общие элементы крепления, позволяет стабилизировать конструкцию без создания сложных внешних систем фиксации магнитопроводов.
Полезная модель позволяет повысить надежность конструкции реактора, фиксации магнитопроводов, в частности к прессующей системе обмотки, а также в составе конструкции в целом. Причем надежная фиксация магнитопроводов к прессующей системе невозможна без обеспечения жесткости и стабильности самой прессующей системы. Это позволяет стабилизировать конструкцию реактора, предотвратить нарушение его целостности и повреждение частей. Обеспечивается, в частности, стойкость конструкции при транспортировке, и изделие может транспортироваться в сборе.