УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ИЗОЛИРУЮЩЕЙ РЕЙКИ КРЕСТОВИНЫ СО СТОПОРНОЙ ПЛАСТИНОЙ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к конструкции элементов электрического оборудования, в частности электрических реакторов, в том числе воздушных реакторов сухого типа с винтовой обмоткой, и может быть использована при разработке конструкции реакторов для повышения механической прочности изделия в целом путем обеспечения надежной фиксации изолирующих реек, устанавливаемых под лучами крестовины.
В электрическом реакторе с торцевых сторон обмотки устанавливают верхнюю и нижнюю крестовины. Крестовина, выполненная из токопроводящего материала, например, алюминия, выполняет функцию сборной шины, к которой подключают выводы обмоток. Кроме того, крестовины обеспечивает жесткость конструкции [адрес интернет-страницы: http://www.ts-electro.ru/userfiles/R600.pdf].
Обычно между крестовинами, а именно лучами крестовин, и торцами обмотки, работающей под напряжением, устанавливают изолирующие вставки, например, стеклотекстолитовые, для исключения электрического контакта между токопроводящими элементами крестовины и обмотки реактора. Для обеспечения механической прочности конструкции обмотки осуществляется ее фиксация в осевом направлении, например, стягивание с помощью термоусадочных лент, охватывающих верхнюю и нижнюю крестовины. Тем самым также обеспечивается прижим изолирующих реек к лучам крестовины и торцам обмотки [адрес интернет-страницы: https://www.ukkz.com/ru/catalog/soput-prod/sukhie-reaktory-bez-magnitoprovoda.html].
При эксплуатации электрические реакторы должны выдерживать продольные и осевые нагрузки, возникающие в результате воздействия тока короткого замыкания, с сохранением геометрии реактора. К реакторам также предъявляются требования по устойчивости к вибрациям и сейсмоактивности. Указанные факторы обуславливают требования к надежному креплению токосъемников, внутренних элементов конструкции реактора и т.п., что позволяет выдерживать термические и динамические нагрузки, возникающие при коротких замыканиях или иных воздействиях.
Однако, как показала практика, при динамических воздействиях, испытываемых обмотками реактора (в результате тока короткого замыкания, внешних вибраций и т.п.), изолирующие рейки, находящиеся между лучами крестовины и проводниками обмотки, могут смещаться, причем обычно такое смещение происходит вдоль луча крестовины, в радиальном направлении. Эти смещения могут привести к повреждению изоляции проводников. Кроме того, бывают случаи, когда происходит выпадение изолирующих реек, что приводит не только к повреждению изоляции проводников, но и к ослаблению жесткости и снижению прочности конструкции обмотки и реактора в целом.
Известна конструкция токоограничивающего реактора с воздушным сердечником [патент № GB 1007569 A «Current limiting reactor», МПК H01F30/08, дата публ. 13.10.1965], в котором рычаги верхней и нижней крестовин, выполненные из электропроводящего материала, установлены с воздушным зазором относительно торцев обмотки, т.е. рычаги не прижаты непосредственно к торцам обмотки осевым усилием. При этом рычаги (лучи) крестовин соединены с распорными стержнями через зажимные элементы, в которых рычаги установлены на изоляционных прокладках, а распорные стержни соединяют верхнюю и нижнюю крестовины и проходят между витками обмотки, фиксируя положение витков обмотки в радиальном направлении. В отношении известного технического решения следует отметить, что его конструкция исключает повреждение изоляции проводников на торцевых поверхностях обмотки. Однако, данная конструкция характеризуется высокой сложностью и увеличенными габаритными характеристиками. Кроме того, отсутствие усилий, стягивающих крестовины и обмотку в осевом направлении, снижает жесткость конструкции в целом.
Известна конструкция составной крестовины, предназначенной  для использования в электрическом реакторе с воздушным сердечником [патент № EP 0084412 B1 «Low loss spiders and air core reactor incorporating the same», МПК H01F17/02, H01F27/30, H01F30/08, дата публ. 27.07.1983], в состав которой входят непроводящие рычаги (лучи), выполненные из композитного материала, неподвижно соединенные со своей ступицей. Часть непроводящих рычагов снабжена токопроводящими накладками - дополнительными токоведущими рычагами, соединенными со второй ступицей, которая термоусажена на первую ступицу и электрически изолирована от нее. Токоведущие рычаги выполнены с участком j-образной формы, который охватывает периферийную часть непроводящего рычага. В качестве достоинства известного решения следует отметить конструктивное выполнение дополнительных (токопроводящих) накладок, по сути, представляющих собой дополнительную крестовину (проводящие рычаги, соединенные со своей ступицей), что обуславливает их надежную фиксацию относительно композитной части крестовины и исключает смещение проводящих накладок при динамических воздействиях. Однако данное решение характеризуется высокой конструктивной сложностью, увеличением массы и габаритов изделия в целом
Известно техническое решение [патент № RU 198556 U1 «Высокочастотный заградитель», МПК H04B3/54, дата публ. 15.07.2020], в котором контакт лучей крестовин с крайними витками катушки (с торцами обмотки) осуществляется через накладки из электроизоляционного материала. В состав заградителя входит силовой реактор в виде катушки индуктивности, к крайним виткам которой смонтированы верхняя и нижняя крестовины, лучи которых выполнены из электропроводного материала - немагнитной стали или алюминия. Между лучами крестовин и торцами обмотки размещены электроизоляционные накладки, например, из стеклотекстолита СТЭФ. Следует отметить, что в известном техническом решении не предусмотрены меры по обеспечению фиксации накладок относительно лучей крестовины, что обуславливает риски смещения и/или выпадения электроизоляционных накладок, и может привести к повреждению изоляции проводников и ослаблению жесткости конструкции.
В качестве технического решения (прототипа), наиболее близкого к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков, предлагается узел соединения рычага (луча) крестовины с электроизолирующим элементом, входящий в состав катушки индуктивности для электрических цепей [заявка PCT № WO 2010000005 A1 «Inductance coil for electric power grids having reduced sound emission», МПК H01F27/30, H01F27/33, H01F37/00, дата публ. 07.01.2010]. В известном техническом решении с торцевых сторон катушки (обмотки) установлены удерживающие элементы - верхняя и нижняя крестовины. Каждая крестовина выполнена в форме звезды и содержит несколько рычагов (лучей) из электропроводного материала. Лучи крестовины неподвижно соединены друг с другом, например, через ступицу. Между каждым лучом крестовины, выполненным из электропроводного материала, и торцом обмотки установлен изолирующий элемент. Крестовины стянуты натяжными элементами (например, из пропитанных стекловолокон), прикрепленными вдоль обмотки, обеспечивая в осевом направлении прижим друг к другу крестовин, изолирующих элементов, обмотки, а также внутренних конструктивных элементов.
Однако, как уже отмечалось ранее при динамических нагрузках, возникающих, например, при протекании токов короткого замыкания или при внешних вибрационных воздействиях, усилие стяжки в осевом направлении (т.е. когда работает только сила трения между контактирующими элементами) зачастую оказывается недостаточным для удержания на месте изолирующих элементов, которые могут смещаться и даже выпадать с места установки. При этом происходит повреждение изоляции проводников и ослабление жесткости конструкции, что может привести к аварийной ситуации.
С учетом изложенных обстоятельств представляется целесообразным обеспечить фиксацию изолирующих элементов, ограничивающую возможность их смещения относительно крестовины (лучей крестовины), что позволит избежать повреждения изоляции проводников и ослабления жесткости конструкции, а, следовательно, повысить эксплуатационную надежность электрического реактора в целом.
Техническим результатом, достижение которого обеспечивается заявляемой полезной моделью, является повышение надежности фиксации (крепления) изолирующих элементов (реек) крестовины, что позволит избежать их смещения и/или выпадения при динамических воздействиях (например, в результате тока короткого замыкания), а, следовательно, позволит исключить повреждение изоляции проводников и уменьшение жесткости конструкции, что, в свою очередь, обеспечит повышение эксплуатационной надежности электрического реактора в целом.
Для достижения указанного выше технического результата предлагается узел крепления рейки крестовины электрического реактора, который содержит луч крестовины, выполненный из токопроводящего материала, и рейку, выполненную из электроизоляционного материала, установленную между лучом крестовины и торцевой поверхностью обмотки. Рейка соединена с лучом крестовины, причем луч крестовины расположен в пазу рейки, выполненном в продольном направлении на обращенной в сторону крестовины поверхности рейки. Рейка соединена с пластиной, включающей две вертикальные планки и соединяющую их горизонтальную планку. Рейка установлена в промежутке между вертикальными планками пластины таким образом, что внутренние кромки вертикальных планок пластины расположены в пазах, выполненных на боковых поверхностях рейки, а горизонтальная планка пластины расположена между рядами витков обмотки.
Выполнение в предлагаемом техническом решении (в отличие от прототипа) луча крестовины, расположенного в пазу рейки, который выполнен в продольном направлении на поверхности рейки, обращенной в сторону крестовины, а также осуществление фиксации положения рейки с помощью стопорной пластины, включающей две вертикальные планки и соединяющую их горизонтальную планку, установленную между рядами витков обмотки, при том, что внутренние кромки вертикальных планок пластины расположены в пазах, выполненных на боковых поверхностях рейки, обеспечивают по сравнению с прототипом (в котором изолирующие рейки зажаты между лучами крестовины и торцевой поверхностью обмотки под действием осевого усилия, например, создаваемого при бандажировании) повышение надежности крепления изолирующих реек крестовины, что позволяет избежать смещения реек при динамических воздействиях (например, в результате тока короткого замыкания), а значит, исключить повреждение изоляции проводников и уменьшение жесткости конструкции (которые возможны в результате смещения и/или выпадения реек), тем самым обеспечивая повышение эксплуатационной надежности электрического реактора в целом.
Наиболее технологичным и при этом обеспечивающим высокую надежность фиксации пластины представляется выполнение пластины П- или U-образной формы (т.е. в виде скобы, перемычку которой можно достаточно просто и надежно зафиксировать между рядами витков обмотки).
С целью повышения надежности фиксации рейки на каждом из двух концевых участков рейки может быть установлена пластина.
Графические материалы содержат пример конкретного выполнения узла крепления изолирующей рейки крестовины токоограничивающего воздушного реактора сухого типа с помощью стопорной пластины.
На фиг. 1 представлено схематичное изображение токоограничивающего воздушного реактора сухого типа, содержащего верхнюю и нижнюю крестовины, общий вид.
На фиг. 2 представлено схематичное изображение соединения изолирующей рейки и стопорной пластины.
На фиг. 3 представлено схематичное изображение в укрупненном масштабе установки стопорной пластины на изолирующей рейке.
На фиг. 4 представлено схематичное изображение расположения отдельной стопорной пластины между рядами витков обмотки.
Узел крепления рейки крестовины входит в состав конструкции токоограничивающего воздушного реактора сухого типа (фиг. 1), содержащего обмотку 1 (например, винтовую), вертикальные и горизонтальные распорки (на фигуре не обозначены), образующие каналы охлаждения и служащие для обеспечения прочности конструкции, верхнюю 2 и нижнюю 3 крестовины, стянутые друг с другом стяжными лентами (на фигуре не обозначены). Верхняя и нижняя крестовины установлены со стороны соответствующих торцов обмотки 1. Лучи 4 каждой крестовины неподвижно соединены между собой, например, они могут быть приварены к центральной ступице. Лучи 4 выполнены из токопроводящего материала, например, из стали (12Х18Н9Т-М2б ГОСТ 7350-77). В представленном примере выполнения между лучами 4 каждой крестовины 2, 3 и соответствующим торцом обмотки 1 установлены изолирующие рейки 5, которые могут быть выполнены из стеклотекстолита (Стеклотекстолит СТЭФ-1-S ГОСТ 12652-74, где S-это толщина материала). Как показано на фиг. 2, на поверхности 6 рейки 5, обращенной к лучу 4 крестовины, по всей длине рейки 5 выполнен продольный паз 7, ширина которого соответствует толщине луча. В пазу 7 установлен луч 4 крестовины (на фиг. 2, 3 установка луча крестовины в пазу рейки не показана). Такое соединение ограничивает смещение рейки в боковом (поперечном) направлении относительно луча крестовины. Для ограничения смещения рейки в продольном направлении, т.е. вдоль луча крестовины, на конце рейки 5 установлена стопорная пластина 8. Следует отметить, что стопорная пластина может быть установлена на каждом конце рейки. В представленном примере (фиг. 2, 3) пластина 8 выполнена П-образной формы (перевернутой), ее горизонтальная перемычка 9 располагается между рядами R витков обмотки (фиг. 4), а в промежутке между вертикальными планками 10 установлен концевой участок изолирующей рейки 5. Причем, ширина промежутка между вертикальными планками 10 пластины 8 меньше ширины рейки, в связи с чем на боковых поверхностях рейки 5 выполнены прорези (пазы) 11, в которые и входят внутренние кромки 12 вертикальных планок 10 пластины 8, что позволяет зажать рейку 5 в стопорной пластине 8, которая, в свою очередь, зафиксирована между рядами R витков обмотки. Стопорная пластина 8 может иметь разнообразную геометрическую форму (V-, Н-образную), но, как отмечалось выше, наиболее технологичным выполнением обеспечивающим высокую надежность фиксации пластины между рядами витков обмотки, является П- или U-образная форма (причем, как повернутая вверх горизонтальной перемычкой, так и повернутая вниз - в зависимости от расположения пластины со стороны нижней или верхней крестовины). Пластины могут быть изготовлены из того же материала, что и дистанционные прокладки для создания горизонтальных каналов между витками обмотки, например, из Стеклотекстолита СТ-ЭТФ, ГОСТ 12652-74. После установки изолирующих реек 5 между каждым лучом 4 и соответствующей торцевой поверхностью обмотки 1 верхнюю и нижнюю крестовины 2, 3 стягивают между собой (например, с помощью лент из термоусаживаемого материала) для осуществления прижима элементов реактора друг к другу в осевом (вертикальном) направлении, обеспечивая тем самым жесткость конструкции реактора.
При работе электрического реактора его обмотки могут испытывать динамическое воздействие, например, при протекании токов короткого замыкания или при внешних вибрационных воздействиях, в результате чего на изолирующие рейки 5, находящиеся между лучами 4 крестовин и проводниками обмотки, будут действовать динамические нагрузки, стремящиеся сместить рейки 5 от первоначального положения. Однако благодаря установке луча 4 крестовины в продольном пазу 7 рейки 5 и креплению рейки 5 с помощью стопорной пластины 8 так, как описано выше, обеспечивается надежная фиксация положения рейки от смещений в горизонтальной плоскости как в продольном, так и в поперечном направлениях. Фиксация элементов реактора в осевом (вертикальном) направлении, как уже было отмечено, обычно осуществляется с помощью стяжек (бандажных лент), охватывающих верхнюю и нижнюю крестовины.
Предлагаемая конструкция узла крепления рейки крестовины электрического реактора, согласно которой осуществляется фиксация изолирующих реек к лучам крестовины так, как описано выше, обеспечивает (по сравнению с прототипом) повышение надежности крепления изолирующих реек, что позволяет исключить их смещение и/или выпадение при динамических воздействиях, например, при токах короткого замыкания. Как было отмечено выше, при смещении реек происходит механическое повреждение изоляции проводников обмотки, что может стать причиной аварийной ситуации, а выпадение реек является причиной уменьшения жесткости конструкции, что может привести к изменению геометрии реактора и стать причиной сбоев в его работе. Таким образом, предлагаемое техническое решение, обеспечивая повышение надежности фиксации изолирующих реек, позволяет тем самым обеспечить повышение эксплуатационной надежности электрического реактора в целом.