УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ИЗОЛИРУЮЩЕЙ РЕЙКИ КРЕСТОВИНЫ С ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫМИ ТОРЦЕВЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

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 или стали, 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 H01F 30/08, 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 H01F 17/02, H01F 27/30, H01F 30/08, 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 H04B 3/54, 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 H01F 27/30, H01F 27/33, 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 (вертикальном) 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 и соединенную с лучом крестовины. На поверхности рейки, обращенной в сторону крестовины, выполнен продольный паз, в котором размещен луч крестовины. На луче крестовины выполнены элементы, примыкающие к торцевым поверхностям рейки и ограничивающие возможность ее смещения вдоль луча крестовины.
Выполнение в предлагаемом техническом решении (в отличие от прототипа) рейки с продольным пазом, в котором установлен луч крестовины, а также выполнение на луче крестовины элементов, примыкающим к торцевым поверхностям рейки (т.е. с одного и другого конца рейки) и ограничивающим возможность ее смещения вдоль луча, обеспечивает 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, позволяющее избежать смещения и/или выпадения реек при динамических воздействиях (например, в результате тока короткого замыкания), а значит, исключить повреждение изоляции проводников и уменьшение жесткости конструкции, тем самым обеспечив повышение эксплуатационной надежности электрического реактора в целом.
Возможно различное конструктивное выполнение элементов, ограничивающих возможность смещения рейки, например, выполнение ограничительных элементов на боковых поверхностях луча, что потребует или загиба ограничительных элементов на поверхность луча, обращенную к рейке (что повышает технологическую сложность), или выполнения ширины рейки больше ширины луча (что может стать негативным фактором для геометрии реактора). Однако наиболее технологичным и надежным представляется выполнение ограничительных элементов непосредственно на обращенной в сторону рейки поверхности луча крестовины. При этом технологически наиболее простым выполнением и одновременно обеспечивающим высокую надежность соединения представляется выполнение фиксирующих элементов на поверхности луча крестовины в виде сварных наплывов металла либо металлических стержней (материал: круг 12Х18Н9Т-М2б ГОСТ 7350-77), закрепленных на поверхности луча крестовины.
Графические материалы содержат пример конкретного выполнения узла крепления изолирующей рейки крестовины токоограничивающего воздушного реактора сухого типа с помощью ограничительных торцевых элементов.
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 луча крестовины и изолирующей рейки с помощью ограничительных элементов.
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 фиг. не обозначены), образующие каналы охлаждения и служащие для обеспечения прочности конструкции, верхнюю 2 и нижнюю 3 крестовины, стянутые друг с другом стяжными лентами (на фиг. не обозначены). Верхняя и нижняя крестовины установлены со стороны торцов обмотки 1. Лучи 4 крестовины неподвижно соединены между собой, например, они могут быть приварены к центральной ступице. Лучи крестовины выполнены из токопроводящего материала, например, из стали (12Х18Н9Т-М2б ГОСТ 7350-77). Между лучами каждой крестовины и соответствующим торцом обмотки установлены изолирующие рейки 5, которые могут быть выполнены из стеклотекстолита (указать марку или иной материал). На поверхности 6 рейки 5, обращенной к лучу 4 крестовины, по всей длине рейки 5 выполнен продольный паз 7, ширина которого соответствует толщине луча 4. В пазу 7 установлен луч 4 крестовины. Такое соединение ограничивает смещение рейки в боковом (поперечном) направлении. На обращенной в сторону рейки 5 поверхности 8 луча 4 выполнено два ограничительных элемента 9, которые примыкают к противоположным торцам (на фиг. не обозначены) рейки и являются ограничителями ее продольного смещения (т.е. смещения вдоль луча крестовины). В представленных примерах ограничительные элементы 9 расположены на поверхности 8 луча 4 по его оси. Ограничительные элементы могут быть, например, наварены в виде наплывов металла или могут быть выполнены в виде металлических стержней (или прутков, материал 12Х18Н9Т-М2б ГОСТ 7350-77), закрепленных на поверхности 8 луча 4. После установки между каждым лучом 4 и торцевой поверхностью обмотки изолирующих реек 5 верхнюю и нижнюю крестовины 2, 3 стягивают между собой (например, с помощью бандажной ленты ЛСБЭ-180 ТУ 6-19-394-88) 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 расположению при этом рейки 5 между ограничительными элементами 9, выполненными на поверхности 8 луча 4 крестовины, обеспечивается надежная фиксация положения рейки от смещений в горизонтальной плоскости как в продольном (вдоль луча крестовины), так и в поперечном направлениях.
Фиксация элементов реактора в осевом (вертикальном) направлении, как было отмечено выше, обычно осуществляется с помощью стяжек (бандажных лент), охватывающих верхнюю и нижнюю крестовины.
Предлагаемая конструкция узла крепления рейки крестовины электрического реактора, согласно которой луч крестовины размещен в продольном пазу рейки, а с торцов рейки к ней примыкают ограничительные элементы, выполненные на поверхности луча, 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.