ЛИНЕЙНЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА СРЕДНЕГО/ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК H01F27/28 H01F27/32 H01P1/20 

Область техники

Настоящее изобретение относится к линейным фильтрам для систем передачи на линиях электропередач переменного тока среднего/высокого напряжения.

Предшествующий уровень техники

Линейные фильтры хорошо известны и широко используются для передачи (способом, обычно обозначаемым аббревиатурой PLC (связь по линиям электропередачи)) волн, проходящих по силовым линиям переменного тока среднего/высокого напряжения, т.е. для передачи сигналов, информации, голосовой информации и данных по сегментам длинных линий, при этом такие сегменты ограничиваются линейными фильтрами, соединенными последовательно с линией, чтобы сформировать высокий импеданс для частот сигнала передачи и пренебрежимо малый импеданс для частоты электрического тока, передаваемого по такой линии среднего/высокого напряжения. Такие линейные фильтры подвержены очень высоким нагрузкам, поскольку они должны выдерживать и большие токи в линии (напряжение которых может составлять много десятков или сотен киловольт), и кратковременные токи короткого замыкания в точке, в которой установлены такие катушки. Очевидно, что такие электрические токи генерируют очень интенсивные магнитные поля, которые подвергают линейные фильтры воздействию очень высоких механических сил, особенно при пиковой величине тока короткого замыкания.

Как уже было указано, линейные фильтры имеют хорошо известную структуру: обобщая, можно сказать, что они содержат соленоид непрерывной намотки, выполненный из металла с высокой электропроводностью (чаще всего из алюминия), при этом каждый виток отделен от соседнего с ним витка прокладками из электрически изолирующего материала - эти прокладки должны предотвращать взаимное перемещение между металлическими витками. Линейные фильтры должны соответствовать очень строгим стандартам МЭК (самым строгим из которых является МЭК 357, опубликованный в ноябре 1989).

Известные катушки состоят из непрерывных спиралей, сформированных из витков катушек (обычно алюминиевых), имеющих четырехугольное (по существу квадратное) поперечное сечение. Прокладки имеют разную форму и структуру, например они выполнены из непрерывных стекловолокон, которые охватывают внешнюю поверхность каждой катушки, затем проходят вдоль верхней поверхности этой же катушки, проходя за ее внутренней верхней кромкой, затем около нее изгибаются, проходя ниже нижней поверхности катушки, и накладываются на предыдущий виток, затем перегибаются так, чтобы наложиться на внешнюю поверхность этого витка, и так далее, проходя на противоположные поверхности и на внешние поверхности всех витков. Непрерывные стекловолокна образуют утолщения в тех точках, где они загибаются на себя, на боковых кромках витков катушки и за ними.

Изолирующие прокладки другого типа состоят из элементов изолирующего материала (выполненных, например, из стекловолокна) по существу U- или H-образного поперечного сечения для определения гнезд, в которых размещены участки одного иди двух противоположных витков катушки, поверхности которых, таким образом, удерживаются разнесенными друг от друга.

Вся поверхность витков катушки и прокладок залита двухкомпонентной эпоксидной смолой холодного отверждения, чтобы предотвратить появления пустот - даже очень маленьких - между противоположными поверхностями прокладок и витков катушки, чтобы не допустить даже очень малых взаимных перемещений между разными спиралями под действием электрического тока.

Вышеописанные металлические витки и прокладки обладают недостатком, заключающимся в том, что они не способны надежно предотвратить ни скольжение, ни взаимное движение одного витка катушки относительно соседнего с ним витка катушки, или изгиба витка после прохождения по нему электрического тока высокого напряжения.

Документы, относящиеся к предшествующему уровню техники, а именно, US3991394A, US2497516A и DE2241975A описывают линейные фильтры для систем передачи по силовым линиям переменного тока среднего/высокого напряжения, но ни в одном из них не описаны фильтры, сформированные обмотками, выполненными из витков катушки из электропроводного металла, в котором каждый виток удерживается в надежном положении относительно соседнего с ним витка в обмотке непрерывной спиральной катушки, или соленоида, часть которого она составляет.

В US3991394 показан индуктор для силовых линий среднего/высокого напряжения, имеющий семь слоев (обозначенные позициями 1-7), которые удерживаются совместно и прикреплены к опорам волоконным материалом и цементом. Каждый из этих семи слоев содержит четыре катушки, имеющие прямоугольные проводники (см. кол. 3, стр. 3-9).

Основной задачей настоящего изобретения является создание линейных фильтров, имеющих очень простую конструкцию, обеспечивающих очень высокую стойкость к деформации, и сводящих к минимуму возможность поперечного смещения и изгиба одного витка катушки относительно соседних с ним витков под действием электрического тока, проходящего по виткам обмотки и, в частности, под действием механических сил, создаваемых асимметричными пиковыми величинами кратковременных токов короткого замыкания.

Краткое изложение существа изобретения

Эта и другие задачи решаются с помощью линейных фильтров, сформированных из витков катушки из металла с высокой электропроводностью (предпочтительно, алюминия или меди), по существу Н-образного поперечного сечения, образования непрерывного канала или углубления в каждой из двух противоположных поверхностей каждого металлического витка относительно соседнего с ним витка, при этом в этих полостях расположены и удерживаются прокладки, выполненные непрерывными или в форме последовательных контактирующих частей для формирования таким образом надежной опоры каждого витка катушки с соседним с ним витком в непрерывной спирали витков металлической катушки, формирующей обмотки или соленоиды линейного фильтра.

Как известно, линейные фильтры удерживаются двумя жесткими головками или концевыми многолучевыми опорами. Концы электрических соединительных пластин или штырей прикреплены к этим металлическим многолучевым опорам и выступают наружу от обмоток катушки или соленоидов на этих концах для соединения с высоковольтными линиями.

Линейные фильтры соединяют с линиями последовательно: две концевые многолучевые опоры каждого фильтра прочно связаны друг с другом изолированными стержнями разного типа, например, стержнями из нержавеющей стали, два конца которых (проходящие через отверстия, выполненные в металлических концевых многолучевых опорах) имеют резьбу и зафиксированы на металлических концевых многолучевых опорах посредством вставленных между ними керамических или изолирующих полимерных изоляторов гайками и контргайками. Известны также стержни из нержавеющей стали, вставленные (и электрически защищенные) в отверстия в полимерных или стеклянных изоляторах, которые обеспечивают электрическую изоляцию между двумя концевыми многолучевыми опорами каждого линейного фильтра. Такие известные решения обладают недостатками, поскольку они дороги и не позволяют металлическим виткам и соответствующим прокладкам сильно сжиматься между двумя концевыми многолучевыми опорами каждого линейного фильтра.

Таким образом, другой задачей настоящего изобретения является создание стержней простой конструкции и легких в монтаже, которые позволяют сильно сжимать металлические витки катушки и прокладки между концевыми многолучевыми опорами каждого линейного фильтра.

Эта задача достигается с помощью стержней, полностью изготовленных из стекловолоконных стержней, пропитанных смолой, по меньшей мере два конца которых имеют резьбу и зафиксированы во внешних поверхностях каждой многолучевой опоры только гайками и контргайками, навинченными на резьбовые концы этих стержней, выступающих из многолучевых опор через отверстия, выполненные в металлических многолучевых опорах. Отличительные признаки линейного фильтра по настоящему изобретению определены в пп. 1-4 приложенной формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Для ясного понимания структуры и отличительных признаков блокирующего линейного фильтра по настоящему изобретению далее следует описание предпочтительного, но не ограничивающего варианта со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1 - увеличенное сечение участка линейного фильтра, имеющего прокладки, вставленные в углубления или непрерывные каналы, определенные на противоположных поверхностях витков катушки, образующей фильтр, и удерживаемые в них;

Фиг.2 - продольное сечение линейного фильтра, многолучевые опоры которого удерживаются вместе и сжаты в направлении друг к другу резьбовыми стержнями, выполненными из стекловолокна, при этом их свободные концы удерживаются на соответствующих многолучевых опорах только гайками и контргайками.

На фиг.1 представлен вид в перспективе в сечении участка обмотки или соленоида, образованного непрерывной спиралью витков катушки из электропроводного металла с соответствующими прокладками, образующими часть блокирующего линейного фильтра, другие части и компоненты которого опущены, поскольку их структура хорошо известна и очевидна для специалистов в данной области техники.

Описание предпочтительного варианта воплощения

На чертеже показаны три участка витков металлической катушки 1 (намотанной как соленоид в линейном фильтре), удерживаемые отдельно друг от друга прокладками 2 из изолирующего материала. Прокладки можно сформировать как отдельные детали или участки, но установленные вместе как непрерывная спираль, тогда как витки сформированы из непрерывного прутка из электропроводного металла (например, алюминия или меди), намотанного так, чтобы сформировать непрерывную спираль с множеством расположенных бок о бок витков, разделенных прокладками 2.

Основным отличительным признаком линейного фильтра, к которому относится настоящее изобретение, является то, что витки катушки 1 имеют по существу Н-образное поперечное сечение, при этом центральная часть 1А является по существу плоской и имеет два боковых фланца 1В и 1С, которые все вместе определяют (на каждой стороне витков катушки 1) непрерывное углубление или канал (который может немного расходиться наружу на свободных концах фланцев 1В и 1С), в который вставлены прокладки 2 и которые примыкают друг к другу, чтобы сформировать непрерывную спираль, которая удерживает спиральные витки 1 прочно прикрепленными друг к другу, чтобы предотвратить осевое или поперечное смещение или деформацию. Внутренняя и внешняя поверхности спиралей 1 и 2 можно залить двухкомпонентной эпоксидной смолой холодного отверждения. Таким образом можно получить линейный фильтр, удовлетворяющий самым жестким требованиям стандарта IEC 353 от 1989 года.

На фиг.2 схематически частично показан линейный фильтр, спираль которого в целом обозначена позицией 10. Эта спираль 10 удерживается и прочно зафиксирована между двумя концевыми металлическими многолучевыми опорами (верхняя из которых обозначена позицией 11, а нижняя - позицией 12) известного типа, при этом в опорах 11, 12 выполнены отверстия, из которых выступают концы 13А множества стержней 13.

Каждый стержень 13, 13А по настоящему изобретению выполнен из непрерывных стекловолоконных стержней 13, пропитанных смолой и имеющих резьбу на всей своей длине или, по меньшей мере, на тех участках 13А, которые проходят наружу или за пределы многолучевых опор 11, 12.

Гайки 14 (с контргайками) навинчены на резьбовые концы 13А стекловолоконных стержней, опираясь на внешние поверхности многолучевых опор 11, 12 и оказывая на них очень большое давление, что гарантирует поддержание стабильности размеров линейного фильтра, на котором они установлены.

Стекловолоконные стержни не только имеют очень простую конструкцию и обладают высокой прочностью на растяжение, но и очень легко собираются, недороги и не требуют использования какой-либо системы электрических изоляторов, предназначенной специально для них.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение стойкости к деформации обмотки линейного фильтра. Согласно изобретению линейный фильтр для систем передачи на линиях электропередач переменного тока среднего/высокого напряжения содержит непрерывную катушку из электропроводного металла, при этом катушка сформирована непрерывной спиралью, выполненной из витков (1, 1А, 1В, 1С) катушки, которые намотаны как соленоид и удерживаются разнесенными друг от друга последовательностью прокладок (2), выполненных из электрически изолирующего материала. Витки (1, 1А, 1В, 1С) катушки имеют Н-образное сечение, чтобы на каждой из противоположных поверхностей таких витков катушки образовывалось углубление или непрерывный канал, куда помещены прокладки (2). При этом прокладки (2) создают надежную опору для каждого витка катушки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Линейный фильтр для систем передачи на линиях электропередач переменного тока среднего/высокого напряжения, содержащий непрерывную катушку из электропроводного металла, выполненную с возможностью последовательного соединения с линией среднего/высокого напряжения, при этом металлическая катушка сформирована, по меньшей мере, непрерывной спиралью, выполненной из витков (1, 1А, 1В, 1С) катушки, которые намотаны как соленоид и удерживаются разнесенными друг от друга последовательностью прокладок (2), выполненных из электрически изолирующего материала, отличающийся тем, что витки (1, 1А, 1В, 1С) катушки имеют по существу Н-образное сечение так, чтобы определять на каждой из противоположных поверхностей таких витков катушки углубление или непрерывный канал, в который помещены и удерживаются прокладки (2), при этом прокладки (2) создают надежную опору каждого витка катушки с соседним с ним витком катушки в непрерывной спирали витков катушки.

2. Линейный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что прокладки (2) выполнены так, чтобы формировать спираль, удерживаемую в противоположных каналах или углублениях двух витков (1, 1А, 1В, 1С) катушки, обращенных друг к другу.

3. Линейный фильтр по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он удерживается между двумя металлическими многолучевыми опорами (11, 12), прочно связанными друг с другом стержнями (13, 13А), выполненными из непрерывного пропитанного смолой стекловолокна, имеющими резьбу, при этом, по меньшей мере, два конца (13А) каждого стержня (13, 13А) имеют резьбу, по меньшей мере, на тех их участках, которые выступают наружу или за эти многолучевые опоры (11, 12), на которых эти стержни удерживаются с помощью гаек (14), навинченных на резьбовые концы (13А) этих стержней.

4. Линейный фильтр по п. 3, отличающийся тем, что стержни (13, 13А), выполненные из смолы и стекловолокна, имеют резьбу по всей их длине.