ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ОБМОТКА Российский патент 1995 года по МПК H01F27/28 H01F37/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции цилиндрических обмоток мощных токоогра- ничивающих, компенсирующих сухих электрических реакторов.

В известном устройстве цилиндрическая обмотка содержит параллельно соединенные концентрические слои, в которой число витков в слоях уменьшается от внутреннего к наружному, при этом все слои обмотки намотаны одним и тем же проводом одинакового сечения, слои, следующие за внутренним, состоят из двух частей, в первой из которых провод в витках расположен меньшей стороной прямоугольного сечения параллельно вертикальной оси обмотки, во второй большей стороной прямоугольного сечения, количество витков во второй части в каждом слое увеличивается к наружному слою и равно
Wn_n= , (1) где Wn_n число витков n-го слоя, в которых провод расположен большей стороной сечения параллельно вертикальной оси обмотки;
Wn полное число витков в n-м слое;
Н высота обмотки;
а длина меньшей стороны сечения прямоугольного провода;
b длина большей стороны сечения прямоугольного провода;
Т коэффициент неплотности намотки провода;
n номер слоя [1,2]
При разной теплоотдаче с поверхностей слоев обмотки реактора известное устройство не обеспечивает одинаковый нагрев всех слоев обмотки, что приводит к появлению наиболее нагретого слоя, неравномерному температурному режиму слоев реактора.

Для одинакового нагрева всех слоев обмотки при разной теплоотдаче с их поверхностей токораспределение желательно рассчитать так, чтобы распределение потерь по слоям обеспечивало условие
Δθ_n idem, (2) где Δθ_n превышение температуры провода n-слоя над температурой охлаждающего воздуха.

Известно из термодинамики уравнение, связывающее мощность потерь с повышением температуры между охлаждаемой поверхностью и хладоагентом
=
(3) где I_n ток в n-слое;
D_n1, D_n2 и D_n диаметры n-слоя средний, внутренний и наружный соответственно, практически одинаковые D_n1≈D_n2≈ D_n;
α_n1иα_n2 коэффициенты теплоотдачи с внутренней и наружной поверхностей n-слоя;
Sb_n активное сечение провода n-слоя;
h высота слоя;
К_дп коэффициент добавочных потерь.

На основе (3) находим отношение между токами в слоях
(4) где α_i=α_n1+α_n2 суммарный коэффициент теплоотдачи слоя n;
W_n* относительное число витков в слое n.

При этом коэффициенты теплоотдачи слоя с поверхностей
внутренней
α_n1= (Δθ_n)^1/4, (5)
наружной
α_n2= (Δθ_i)^1/4. (6)
Цель изобретения обеспечение одинакового нагрева всех слоев цилиндрической обмотки для повышения надежности реактора в эксплуатации.

На чертеже представлена цилиндрическая обмотка, вертикальное сечение.

Обмотка состоит из концентрических слоев, соединенных параллельно, внутреннего слоя 1 и последующих слоев 2.

Число витков в слоях разное и уменьшается от внутреннего слоя 1 к наружному для того, чтобы выравнять токи и температуру нагрева в параллельных слоях в соответствии с равенством (4). Равенство (4) является условием одинакового нагрева всех слоев цилиндрической обмотки. Это устраняет местные перегревы обмотки, увеличивает срок работы и эксплуатационную надежность сухого электрического реактора.

П р и м е р. Цилиндрическая обмотка для однофазного компенсирующего реактора в сухом исполнении без стали для статического тиристорного конденсатора класса напряжения 35 кВ мощностью 36 МВар типа РКОС 36000/33 имеет следующие конструктивные параметры:
Высота половины обмотки, мм 1340
Число слоев 5
Требуемые полные числа витков в слое (Wn): 1 (W₁) 104,3 2 (W₂) 99,4 3 (W₃) 97,5 4 (W₄) 93,6 5 (W₅) 93,6
Согласно формулам (5) и (4) рассчитываются коэффициенты теплоотдачи с поверхности α_ni, относительное число витков и ток слоя n по формуле (4).

Результаты расчета приведены в таблице.

Полученное токораспределение и распределение витков позволяет выравнять температуру нагрева всех слоев, это снижает температуру наиболее нагретой точки, что улучшает эксплуатационные характеристики компенсирующего реактора.

Использование: в электротехнике, в частности, в конструкции цилиндрических обмоток мощных токоограничивающих, компенсирующих электрических реакторов. Сущность изобретения: обмотка состоит из концентрических слоев, соединенных параллельно, внутреннего слоя 1 и последующих слоев 2. Число витков в слоях разное и уменьшается от внутреннего слоя 1 к наружному для того, чтобы выравнять токи и температуру нагрева в параллельных слоях в соответствии с указанным в описании равенством. 1 ил.

ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ОБМОТКА, содержащая параллельно соединенные концентрические слои, число витков в которых уменьшается от внутреннего слоя к наружному, а высота слоев одинакова, отличающаяся тем, что соотношение между токами и числом витков в слоях удовлетворяет равенству

где W₁ и W_n число витков первого и n-го слоев;
I₁, I_n величина тока в первом и n-м слоях;
коэффициенты теплоотдачи с внутренней и наружной поверхности первого и n-го слоев.