ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ЗАГРАДИТЕЛЬ

Полезная модель относится к высокочастотной связи по проводам линий электропередачи, используемой в области энергетики.
Высокочастотный заградитель предназначен для ослабления шунтирующего действия оборудования и шин подстанций и ответвлений от высоковольтной линии на сигналы противоаварийной автоматики, релейной защиты, телефонной связи и телемеханики.
Высокочастотный заградитель представляет собой заграждающий фильтр, который включается в рассечку фазного провода, и может быть настроен на определенные частоты заграждения из диапазона 16-1000 кГц.
Одним из основных конструктивных элементов высокочастотного заградителя  является силовой реактор, который также, как и остальные узлы заградителя, должен соответствовать требованиям, предъявляемым к заградителям, а именно, обладать способностью работы в условиях перенапряжений в электрических сетях при грозе, коммутационных переключениях и аварийных ситуациях на линии электропередачи (ЛЭП), которые приводят к чрезвычайным динамическим нагрузкам на силовой реактор. Кроме того, высокочастотный заградитель должен выдерживать не менее чем 25-летний срок эксплуатации в условиях внешних воздействий окружающей среды.
Более конкретно, полезная модель предлагает усовершенствование конструкции      высокочастотного заградителя, выполненного по патенту на полезную модель № 168705 RU (МПК H04B 3/54, опубл.16.02.2017), с целью снижения ресурс о затратности технологии его изготовления.
Согласно полезной модели № 168705 RU, высокочастотный заградитель содержит силовой реактор, представляющий собой катушку индуктивности, у которой провод выполнен из монолитного формованного токопроводящего материала с малым сопротивлением, а витки расположены на реечном каркасе, причем рейки каркаса в крайних точках связаны между собой верхней и нижней крестовинами, на которых закреплены терминалы, соединенные шинами подключения с элементом настройки и защитным устройством.
В указанном техническом решении пространственное разделение витков катушки индуктивности обеспечивает фиксация их в пазах реек каркаса (см. фиг. 2). Это защищает силовой реактор от разрушения из-за деформации, вызванной протеканием токов короткого замыкания.
Для получения такой «гребенчатой» формы реек используют, как правило, листовой электроизоляционный материал, например, стеклотекстолит СТЭФ. Процесс изготовления рейки состоит из нарезки листа на полосы с последующим фрезерованием многочисленных пазов. При значительных размерах монолитного провода в отходы может уходить до 30% материала.
Следствием такого большого объема механической обработки являются высокая трудоемкость и материалоемкость изготовления высокочастотного заградителя. Кроме того, требуются увеличенные расходы на утилизацию значительного количества отходов механической обработки электроизоляционного материала, которые представляют собой мелкодисперсные остатки волокон (в случае использования стеклотекстолита – стеклянных волокон) и остатки отвержденных связующих смол, являющихся потенциальным источником вредных веществ (фенола, формальдегида и др.).
Задачей предлагаемой полезной модели является изменение конструкции высокочастотного заградителя, направленное на решение указанной проблемы.
Технический результат - создание высокочастотного заградителя, при изготовлении реактора которого минимизирована механическая обработка электроизоляционных материалов за счет надежного разделения витков катушки индуктивности с помощью вставок из электроизоляционного материала, и, как следствие, снижение трудоемкости и материалоемкости изготовления высокочастотного заградителя, а также сокращение объема отходов, подлежащих утилизации.
Описание высокочастотного заградителя, выполненного по патенту на полезную модель № 168705 RU, не содержит указаний на конкретные формы выполнения монолитного провода катушки индуктивности. Очевидно, что формованный монолитный провод может иметь любую форму (например, прямоугольную, круглую и т.д.),удовлетворяющую требованиям, предъявляемым к конкретному высокочастотному заградителю.
В целях достижения технического результата предлагаемой полезной модели формованный монолитный провод катушки индуктивности должен иметь по крайней мере две противоположно расположенные плоские поверхности.
Для решения поставленной задачи в высокочастотном заградителе, содержащем силовой реактор, представляющий собой катушку индуктивности, выполненную из монолитного провода из токопроводящего материала с малым сопротивлением, формованного с образованием по крайней мере двух противоположно расположенных плоских поверхностей, притом витки катушки индуктивности размещены на реечном каркасе, а рейки каркаса в крайних точках связаны между собой верхней и нижней крестовинами, на которых закреплены терминалы, соединенные шинами подключения с элементом настройки и защитным устройством, согласно полезной модели, рейки каркаса выполнены без пазов для витков катушки индуктивности, а между соседними витками катушки установлены плотно прилегающие к ним вставки из электроизоляционного материала с высокой механической прочностью, причем площадь контактирующей поверхности вставки не менее площади контактирующего с ней участка монолитного провода, при этом вдоль окружностей соседних витков количество вставок составляет не менее четырех и они равноудалены друг от друга, вместе с тем в вертикальном направлении вставки между витками расположены в ряд друг под другом, к тому жекрестовины смонтированы вплотную к крайним виткам катушки индуктивности.
Кроме того:
-  между контактирующими поверхностями вставки и монолитного провода сформировано клеевое соединение;
- вставки выступают за границы контура катушки индуктивности, при этом вставки каждого вертикального ряда неподвижно соединены между собой по всей высоте ряда с помощью стержня, установленного в отверстия, выполненные в выступающей части вставок, либо с помощью планки, содержащей пазы или отверстия, и установленной на выступающие части вставок;
- вставки выступают за границы контура катушки индуктивности, при этом в горизонтальном направлении все вставки вдоль окружности каждого витка неподвижно соединены между собой с помощью дугообразно изогнутого стержня, установленного в отверстия, выполненные в выступающей части вставок, либо с помощью дугообразно изогнутой планки, содержащей пазы или отверстия, и установленной на выступающие части вставок;
- вставка имеет условно «Н»- образную или «T» -образную форму;
- контакт крестовин с крайними витками катушки индуктивности осуществлен через накладку из электроизоляционного материала;
- реечный каркас изготовлен из композитного материала с высокими диэлектрическими свойствами и высокой механической прочностью;
- верхняя и нижняя крестовины выполнены из немагнитных сортов стали или алюминия;
- верхняя и нижняя крестовины имеют скобы, выполненные из немагнитных сортов стали;
- на верхней крестовине закреплена серьга, выполненная из немагнитных сортов стали;
- элемент настройки состоит из набора катушек индуктивности, конденсаторов, резисторов;
- в качестве устройства защиты применен нелинейный ограничитель перенапряжения;
- в качестве устройства защиты применен вентильный разрядник;
-  каждый терминал выполнен в виде медной или алюминиевой пластины.
-  терминалы сдвинуты относительно друг друга на 180°;
- шины подключения выполнены в виде медного или алюминиевого провода.
Сущность полезной модели поясняется фигурами.
Фиг. 1 – внешний вид высокочастотного заградителя.
Фиг. 2 – внешний вид высокочастотного заградителя в разрезе; на выносном элементе изображен в увеличенном масштабе фрагмент катушки индуктивности с установленными между витками монолитного провода вставками.
Фиг. 3 – фрагмент катушки индуктивности в следующих частных случаях исполнения высокочастотного заградителя (вид спереди со стороны крепления вставок):
- вставки вертикального ряда неподвижно соединены между собой по всей высоте ряда с помощью стержня;
- вставки вдоль окружностей соседних витков неподвижно соединены между собой с помощью дугообразно изогнутого стержня.
Фиг. 4 – то же, что на фиг. 3, вид сбоку.
Фиг. 3 и фиг. 4 в равной степени относятся к креплению вставок как снаружи катушки индуктивности, так и к креплению их изнутри катушки.
Фиг. 5 – внешний вид высокочастотного заградителя в разрезе в частном случае исполнения; на выносном элементе изображен в увеличенном масштабе фрагмент катушки индуктивности с установленными между витками монолитного провода вставками условно «Н»-образной формы.
Высокочастотный заградитель содержит силовой реактор 1 с воздушным сердечником, верхнюю 2  и нижнюю 3 крестовины, рейки 4 каркаса силового реактора 1,  вставки 5 между витками монолитного провода 6, терминалы 7 и 8, элемент настройки 10, защитное устройство 9, шины подключения 11, 12 элемента настройки 10 и защитного устройства 9.
Силовой реактор 1 представляет собой катушку индуктивности, состоящую из алюминиевого либо медного монолитного провода 6, навитого на каркас, выполненный в виде реек 4 из прочного композитного материала с высокими электроизоляционными свойствами, например, из стеклотекстолита СТЭФ или стеклопластика профильного СПП. Реактор предназначен для протекания по нему тока промышленной частоты. Конструкция силового реактора 1 открытого типа, что обеспечивает ей естественное охлаждение.
Монолитный провод 6 катушки индуктивности обладает повышенной упругостью и поэтому более устойчивк деформации при протекании по нему токов короткого замыкания по сравнению с многожильными проводами.
Благодаря указанному свойству монолитного провода 6 рейки 4 каркаса выполнены без пазов для витков катушки индуктивности. Это позволяет значительно снизить объем механической обработки при изготовлении реек, т.к. для их получения достаточно нарезать стеклопластик профильный СПП на отрезки необходимой длины или, например, для изготовления реек прямоугольной формы поперечного сечения достаточно произвести нарезку листового материала типа стеклотекстолита СТЭФ.
Таким образом, при изготовлении реек 4 каркаса катушки индуктивности минимизированы усилия и расход материала, а количество отходов незначительно.
Между соседними витками катушки индуктивности установлены вставки 5 из электроизоляционного материала с высокой механической прочностью.
Для надежного разделения соседних витков, в том числе в условиях сжимающих напряжений при протекании через силовой реактор 1 токов высокого напряжения, монолитный провод 6 имеет по крайней мере две противоположно расположенные плоские поверхности, к которым плотно прилегают вставки 5, причем площадь контактирующей поверхности вставки 5 не менее площади контактирующего с ней участка монолитного провода 6.
Монолитный провод 6 может иметь, например, прямоугольную форму поперечного сечения или форму овала, срезанного с двух противоположных сторон. Получают монолитный формованный провод любым известным в металлургии методом, например, обработкой алюминиевого или медного проката с помощью валков.
Вставки 5 производят по технологии, предусматривающей минимальные трудоемкость, материалоемкость и незначительные отходы, например,нарезкой из стеклопластика профильного СПП, полученного методом пултрузии, при котором форма и необходимые размеры сечения задаются фильерой.
Для равномерного распределения нагрузки от сжимающих напряжений при протекании через силовой реактор 1 токов высокого напряжения вставки 5 расположены вдоль окружностей соседних витков катушки индуктивности равноудаленно друг от друга, при этом в вертикальном направлении вставки между витками расположены в ряд друг под другом. Это также способствует надежному разделению витков катушки индуктивности в условиях чрезвычайных динамических нагрузок на силовой реактор 1.
Количество рядов вставок, а также протяженность вставки вдоль витка монолитного провода 6 определяются требованиями к характеристикам тока короткого замыкания, на которые рассчитан силовой реактор 1. Вдоль окружностей соседних витков катушки индуктивности должно быть не менее четырех вставок, что обусловлено крестообразной формой реечного каркаса катушки.
В крайних точках рейки 4 каркаса силового реактора 1 связаны между собой верхней 2 и нижней 3 крестовинами, при этом крестовины смонтированы вплотную к крайним виткам катушки индуктивности, что не допускает осевое смещение реактора 1. Крестовины 2, 3 выполнены из немагнитных сортов стали или алюминия.
Таким образом, силовой реактор обладает жесткой конструкцией с надежным разделением витков катушки индуктивности, при этом минимизирован объем механической обработки электроизоляционных материалов.
Контакт крестовин 2, 3 с крайними витками катушки для повышения ее индуктивности может быть осуществлен через накладку 13 из электроизоляционного материала, например, из стеклотекстолита СТЭФ.
При необходимости, например, в сложных условиях транспортировки высокочастотного заградителя и/или его эксплуатации в условиях повышенной вибрации, могут быть предусмотрены дополнительные меры для повышения надежности позиционирования вставок, такие как, например,  клеевое соединение контактирующих поверхностей вставки и монолитного провода, установка элементов крепления вставок, особая форма вставок.
В качестве особой формы вставок 5 может быть применена условно «Н»-образная, или «Т»-образная форма, или любая другая форма, дополнительно фиксирующая положение вставки относительно витка монолитного провода. Пример внешнего вида высокочастотного заградителя в разрезе с условно «Н» - образными вставками представлен на фиг. 5.
В случае установки элементов крепления вставок 5 последние выступают за границы контура катушки индуктивности. Выступающие части вставок 5 неподвижно соединяют между собой, причем соединение может быть выполнено как снаружи контура катушки, так и изнутри, что определяется целесообразностью для каждого конкретного высокочастотного заградителя.
Соединение может быть выполнено в каждом вертикальном ряду вставок 5 по всей высоте ряда с помощью стержня 14 (фиг. 3, 4), установленного в отверстия, выполненные в выступающей части вставок, либо с помощью планки (на фигуре не показано), содержащей пазы или отверстия, и установленной на выступающие части вставок 5.
Также может быть соединение в горизонтальном направлении всех вставок 5 вдоль окружности каждого витка с помощью дугообразно изогнутого стержня 15 (фиг. 3, 4), установленного в отверстия, выполненные в выступающей части вставок, либо с помощью дугообразно изогнутой планки (на фигуре не показано), содержащей пазы или отверстия, и установленной на выступающие части вставок 5.
Указанные способы повышения надежности позиционирования вставок 5 в частных случаях выполнения высокочастотного заградителя не являются единственно возможными и могут сочетаться. Выбор способа или способов дополнительной фиксации вставок зависит от технического задания на конкретный высокочастотный заградитель по параметру его устойчивости при повышенных вибрациях.
Верхняя 2 и нижняя 3 крестовины имеют скобы для крепления (на фигуре не показаны). Скобы нижней крестовины 3 служат для крепления к изолирующим опорам. На верхней крестовине 2 закреплена серьга (на фигуре не показана) для подъема и подвешивания высокочастотного заградителя на портале подстанции. Скобы и серьга выполнены из немагнитных сортов стали.
На одном из концов верхней 2 и нижней 3 крестовин закреплено по терминалу 7 и 8. Терминалы 7 и 8 сдвинуты относительно друг друга на 180°. Каждый терминал представляет собой медную или алюминиевую пластину, служащую для электрического присоединения к линии электропередачи.
На верхней крестовине 2 установлены элемент настройки 10 и защитное устройство 9.
Элемент настройки 10 предназначен для обеспечения, совместно с силовым реактором 1, необходимой полосы частот заграждения высокочастотного заградителя, использующихся для организации высокочастотных каналов связи по линиям электропередачи. Элемент настройки 10 состоит из набора катушек индуктивности, конденсаторов, резисторов, который в зависимости от требуемой полосы частот заграждения выполняют по двух- или трехконтурной схеме узкополосного заградительного фильтра, либо по схеме заградительного фильтра верхних частот. Для обеспечения заграждения двух полос частот выполняется притупленная настройка.
Защитное устройство 9 предназначено для защиты элемента настройки 10 от коммутационных или грозовых перенапряжений. В качестве устройства защиты 9 может быть применен нелинейный ограничитель перенапряжения или вентильный разрядник. Ограничитель выполнен в виде колонки варисторов, заключенных в герметичный полимерный корпус, армированный металлическими фланцами. Вентильный разрядник состоит из многократного искрового промежутка, последовательно соединенного с рабочим резистором.
Высокочастотный заградитель содержит шины подключения 11, 12, контактирующие с терминалами 7, 8 и связанные с защитным устройством9и с элементом настройки 10. Защитное устройство 9 и элемент настройки 10 подключены параллельно силовому реактору 1.Шины подключения 11 и 12 представляют собой медный или алюминиевый провод и на фиг. 2, 5 показаны условно.
Предлагаемый высокочастотный заградитель обладает жесткой конструкцией силового реактора и надежным разделением витков катушки индуктивности, что исключает возможное разрушение реактора из-за деформации, вызванной чрезвычайной нагрузкой от напряжений при протекании токов короткого замыкания.
Замена «гребенчатой» формы реек каркаса силового реактора у прототипа на простую форму реек без пазов, а также использование вставок для разделения витков катушки индуктивности минимизируют механическую обработку электроизоляционных материалов, т.к. количество реек уменьшено, при этом исключена трудоемкая и материалоемкая операция фрезерования пазов. Вследствие этого снижены трудоемкость и материалоемкость изготовления высокочастотного заградителя, а также сокращен объем вредных отходов, подлежащих утилизации.
Предлагаемую полезную модель осуществляют следующим образом.
Для получения силового реактора 1 предварительно формованный монолитный провод 6 (в т.ч. в подогретом состоянии)подают через раскладочное устройство на вращающийся барабан. Наружный диаметр барабана соответствует внутреннему диаметру катушки силового реактора 1. Шаг намотки катушки реактора 1 задает раскладочное устройство.
В процессе намотки катушки в зазоры между витками устанавливают вставки 5.В частном случае выполнения высокочастотного заградителя вставки монтируют на клей.
По окончании процесса намотки монолитного провода 6 на барабан производят фиксацию крайних витков катушки с помощью, например, стяжек или струбцин, после чего катушку снимают с барабана. Далее производят установку реек 4 и крестовин 2, 3 (при необходимости предварительно монтируют на крестовины накладки 13).
В частных случаях выполнения высокочастотного заградителя устанавливают описанные выше дополнительные элементы крепления вставок 5.
В завершение процесса сборки заградителя производят присоединение концов монолитного провода 6 к терминалам 7 и 8 при помощи сварки, а также выполняют установку и электрическое присоединение элемента настройки 10 и защитного устройства 9.
Предлагаемая полезная модель решает поставленную задачу, способствует снижению загрязнения окружающей среды и востребована в условиях ужесточения экологических требований.