ПОДСТАНЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК H02B5/00 H01F27/28 H01F27/08 

Применимость: энергетические подстанции, трансформаторы мощных сварочных аппаратов, другие устройства большой энергетической мощности.

АНАЛОГИ:

В качестве аналогов могут быть приняты изобретения России 2525864, 2514440, 2420846, другие, все они улучшают, в той или иной степени, конструкции подстанций, другие иностранные изобретения фирм производителей.

ПРОТОТИП.

Основным устройством любой подстанции, определяющим ее основные свойства, является трансформатор, чаще всего, выполненный на базе магнитомягкого сердечника из листового материала. В качестве прототипа подстанции выбран патент России 2269852 класса Н02В 5/00, хотя предлагаемое изобретение может быть, с полным основанием, отнесено и к классу Н02В или H99Z.

КРИТИКА И НЕДОСТАТКИ АНАЛОГОВ И ПРОТОТИПА.

Производство мощных трансформаторов подстанции и, емкость ручного труда, не поддается крупномасштабному интегральному производству, оно индивидуально. Использование изолированных проводов круглого или изолированных шин прямоугольного сечения увеличивает суммарное сечение всех обмоток, в результате увеличивается длина магнитопровода и общие потери в трансформаторе и, как следствие, КПД всей подстанции. Выходные обмотки большого тока на базе проводящих шин, чаще всего, обмотаны специальной изоляционной лентой. Трансформаторы, используемые в известных подстанциях трудно поддаются ремонту и, при неисправности, заменяются целиком, далее утилизируются. В случаях когда выполняется их перемотка, требуется значительный дополнительный труд демонтажа, снятия старых обмоток, затрат времени на восстановление изоляционных слоев, перемотку.

ИСПРАВЛЕНИЕ НЕДОСТАТКОВ АНАЛОГОВ И ПРОТОТИПА

Указанные недостатки исправляются тем, что обмотки трансформаторов подстанций выполняются методами интегральных технологий на базе печатных плат или "вырубок" из листового проводящего, не магнитного материала, сборки их в компактные пакеты с возможностью изъятия и замены любого из последних.

СОСТАВ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ВЗАИМОСВЯЗЬ КОМПАНЕНТОВ.

Изобретение состоит из блоков коммутации и защиты подстанции, трансформатора, который в системе подстанции и настоящего изобретения подвергается основным изменениям.

При крупносерийном и массовом производстве выгодно воспользоваться современными технологиями и соответствующим оборудованием, существующими для многослойных печатных плат микроэлектроники, преимуществами гальванического наращивания слоев, лазерной резки или "вырубкой" из листового материала.

ДЕТАЛИЗАЦИЯ РИСУНКОВ К ИЗОБРЕТЕНИЮ:

На рисунке Фиг. 1:

1. - П/Ш образный магнитопровод, выполненный на основе, например, пакета П-образных магнитомягких листовых компонентов,

2. - двухсторонняя печатная плата со спиралями печатных "обмоток",

3. - переходное соединение концов внешних витков спиралей соседних печатных плат,

4. - изолятор между соседними печатными платами,

5. - внутреннее переходное соединение спиралей сторон печатной платы,

6. - пакет первой печатной "обмотки" на базе печатных плат.

7. - пакет второй печатной "обмотки" на базе печатных плат.

8. - пакет третьей "вырубной" или лазерной резки "обмотки" из листового проводящего не магнитного материала.

9. - полости охлаждения.

10. - "вырубные" спирали "обмоток" из листового проводящего, не магнитного материала,

11. - изолятор между парами "вырубных" спиралей "обмоток",

12. - изоляторы между пакетами I, II и III спиральных "обмоток",

13. - соединение внешних витков пар "вырубных" спиральных "обмоток",

14. - изолятор фиксации пакетов "обмоток" трансформатора.

15. - Перемычка между концами внутренних спиралей пар "вырубных" "обмоток".

На рисунке Фиг. 2:

Представлено сечение трансформатора подстанции по линиям А-А и В-В Фиг. 1. На рисунке Фиг. 2 спираль "верхней" стороны печатной платы - 16, внешняя полость охлаждения - 17, внутренняя полость охлаждения - 18, переходное соединение соседних печатных плат спиралей - 3, внутреннее переходное соединение спиралей "обмоток" печатных плат - 5, внешний вывод спирали "обмотки" верхней печатной платы первого пакета - 19, спираль "нижней" стороны печатной платы - 20.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ.

Пример одного из вариантов трансформатора подстанции представлен на рисунках Фиг. 1 - Фиг. 2. Это типовой трансформатор подстанции с тремя обмотками и сердечником в виде пакета из листового магнитомягкого материала.

На Фиг. 1 представлен П/Ш образный магнитопровод - 1, центральный сердечник которого охвачен двухсторонними печатными платами с согласными спиральными "обмоток" - 2 с переходными соединениями - 3 концов внешних, согласных витков спиралей соседних печатных плат через изолятор - 4, концы внутренних согласных витков спиралей каждой печатной платы - 2 соединены проводящими переходами - 5, печатные платы каждой "обмотки" образуют компактные пакеты I и II с номера - 6 и - 7, сильноточные обмотки выполнены на базе необходимого числа пар спиральных "вырубок" III из не магнитного, листового проводящего материала - 10, разделенных между парами изоляционными слоями - 11, Согласные пары спиралей, между собой, изолированы прокладками вида - 4. Внутренние витки согласных пар "вырубленных" спиралей соединены между собой переходными соединениями - 15, внешние витки согласных пар соединены проводящими переходами вида - 13, все "вырубные" "обмотки" образуют компактный пакет III с номером - 8. Все печатные и "вырубные" "обмотки" содержат полости охлаждения - 9. Между пакетами печатных и вырубных "обмоток" проложены изоляционные слои - 12. Пакеты зафиксированы в магнитопроводе - 1 изоляционными прокладками - 14.

На Фиг. 2 представлены два сечения одной из печатных плат А-А и В-В Фиг. 1 на которых дана одна из возможных конфигураций печатных спиралей соответственно "верхней" - 16 и согласной с ней "нижней" - 20 сторон платы - 2. Вновь представлены переходные соединения - 3 и - 5, показан внешний вывод крайней печатной платы - 19 для соединения со схемами автоматики подстанции. Представлены возможные конфигурации полостей охлаждения "обмоток" трансформатора - 17 и - 18.

На рисунке Фиг. 1 и 2 не представлена обойма, стягивающая П/Ш образные части пакета пластин магнитопровода, ибо ее конфигурация может быть весьма разнообразна.

По пункту 2 изобретения.

Пакеты могут формироваться на базе односторонних печатных плат. В этом случае потребуются два типа плат с разным направлением спиралей. Преимуществом будет отсутствие дополнительных, промежуточных, слоев изоляции между печатными платами и более дешевые, с односторонним проводящим покрытием, платы.

По пункту 3 изобретения.

Для подстанций большой входной (выходной) мощности обмотки могут формироваться на базе пар "вырубок" из листового хорошо проводящего материала. При этом, "обмотки", вновь собираются в пакеты с изоляционными прокладками или специальной заливкой изоляционным, хорошо теплопроводящим материалом. Одновременно могут формироваться две вырубки с последующим переворотом одной из них на 180° относительно любой из ее диагоналей. Попарно вырубки соединяются согласно концами своих внутренних витков спиралей. Соседние, близлежащие пары "вырубок", согласно соединены концами своих внешних витков. Каждая из "вырубных" спиралей закрепляются на своем слое изолятора.

Для регулирования выходного напряжения, в зависимости от нагрузки, любая из обмоток может иметь отводы. Для этой цели могут использоваться промежуточные печатные платы с печатными выводами, введенные в пакеты.

Для трехфазных трансформаторов обмотки и их пакеты, по настоящему изобретению, устанавливаются на каждом из стержней Ш-образного магнитопровода.

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ОТ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

За счет, практически, независимых конструкций пакетов каждой из обмоток, обеспечивается их индивидуальная сборка или замена без перемотки или отправки в утиль на переработку всего поврежденного трансформатора, как это имеет место при "проволочной", рядовой намотке. Печатные платы пакетов могут изготавливаться интегрально большими плоскостями печатных плат с дальнейшим групповым формированием переходных соединений и последующей разрезкой пакетов любой, пригодной для данного случая, технологией. Пакеты печатных и "вырубных" "обмоток" могут легко меняться местами, в зависимости от электрической схемы подстанции и необходимого КПД. Число "печатных" и "вырубных" обмоток, числа их "витков" определяется функциональным назначением и мощностью подстанции.

ОТДЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ.

Обмотки мощных трансформаторов подстанций, чаще всего, выполняются из круглого или прямоугольного профиля, покрытого или промотанного изоляционным материалом. В предлагаемом изобретении, на базе печатных плат и спиральных "вырубок" или "вырезок" из листового материала, с фиксацией их на листовом изоляционном материале или заливке пакета изоляционным, термически проводящим материалом, решается вопрос фактически простейшего производства и, при необходимости, ремонта трансформатора подстанции.

Печатные платы, каждой из обмоток, могут изготавливаться интегрально большими массивами плоскостей с последующей разрезкой и вырубкой отдельных плат и окон под сердечники и контактные соединения.

За счет прямоугольной конфигурации сечений каждой из печатных спиралей, обеспечивается боле плотное сечение каждого из пактов "обмоток", в результате сокращается сечение каждой из них. Как результат, сокращаются магнитные пути магнитопроводов, увеличивается КПД трансформаторов подстанций за счет сокращения потерь, сокращается расход материала, увеличивается компактность трансформаторов.

Толщина изоляционных слоев промежуточных и исходного проводящего слоя печатных плат, обеспечат необходимую изоляцию. При необходимости, после формирования спиралей, толщина проводящих слоев спиралей может быть увеличена гальваническим наращиванием.

При необходимости, каждый из пакетов вида I, II может быть разделен на под пакеты и скомбинирован с другими пакетами на стержнях магнитопровода.

Витки "вырубных" обмоток закрепляются на плоских диэлектриках без их дополнительной изоляции. Каждая вторая "вырубная" "обмотка" пары вида 8 трансформатора может устанавливаться с ее поворотом на 180° относительно первой по любому из диаметральных сечений.

Пакет "вырубных" обмоток 8 может быть пропитан изоляционным, хорошо теплопроводящим компаундом с окнами вида 17 и 18, соответствующим окнам в печатных платах печатных обмоток трансформатора.

Полости в пакетах и средства вентиляции "обмоток" каждый разработчик выбирает в зависимости от конструкции трансформатора подстанции, условий его эксплуатации.

При необходимости, для принудительного охлаждения трансформатора подстанции может быть применен вентилятор или другие средства охлаждения, в том числе внешние ребра на его корпусе.

Крупносерийное и массовое производство трансформаторов подстанций, при надлежащей организации производства по настоящему патенту, должно обеспечить ощутимый экономический эффект.

Следует предположить, что производство, сами параметры, обслуживание и ремонт трансформаторов в составе подстанций по настоящему изобретению, при массовом и крупносерийном производстве, окажется значительно более экономически выгодным, чем при технологиях "ручной" намотки круглым изолированным проводом или изолированными шинами, используемыми в настоящее время.

ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Настоящее изобретение может быть использовано во всех достаточно мощных подстанциях и преобразователях энергии, без изменения частоты их работы.

ВОЗМОЖНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ СОВМЕСТИМЫЕ С НАСТОЯЩИМ ИЗОБРЕТЕНИЕМ.

Электрические системы управления подстанции могут быть разнообразны, как это имеет место по всем известным изобретениям и применениям в реальных технических системах. Число и вид печатных и "вырубных" обмоток может быть различен, в зависимости от идеологии схем принятых разработчиком, электрики. Важна системная проработка всех изделий по единым стандартам.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в мощных трансформаторах преобразования тока и напряжения. Технический результат состоит в упрощении и удешевлении изготовления, эксплуатации, обслуживания и ремонта трансформаторов подстанций за счет возможности замены поврежденных секций без замены всех обмоток, в возможности унификации. При этом обеспечивается более плотная упаковка обмоток, приводящая к уменьшению магнитного пути магнитопровода, как следствие, сокращению потерь и повышению к.п.д. подстанции. Одни из наиболее трудоемких частей подстанций, обмотки их трансформаторов, выполнены на базе двухсторонних печатных плат в виде печатных спиралей или "витков" на их базе. Согласные спирали внутренними витками каждой двухсторонней печатной платы соединены между собой проводящими перемычками. Внешние выводы близлежащих печатных спиралей сквозь окна в промежуточных изоляторах соединены с каждой из соседних печатных плат. Обмотки собраны в пакеты, имеют каналы охлаждения. Внешние выводы пакетов "обмоток" выведены для соединения с элементами коммутации и защиты. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Подстанция энергетического обеспечения, содержащая схемы коммутации и защиты, трехфазный трансформатор с магнитопроводом, собранным на базе пакета магнитомягких металлических пластин и с первичной и вторичными обмотками каждой из фаз, охватывающими каждый из трех стержней магнитопровода, отличающаяся тем, что каждая из обмоток выполнена спиральной в виде набора спиральных вырубок или вырезок из листового проводящего немагнитного материала, каждая из которых закреплена на изоляционной пластине с окнами под внутренний или внешний концы; внутренние или внешние концы соседних спиральных вырубок или вырезок через внутренние или внешние окна изоляционных пластин соединены между собой проводящими переходами, все соединенные перемычками спиральные вырубки или вырезки соседних изоляционных пластин выполнены согласно; внешние выводы спиралей крайних изоляционных пластин выведены для соединения их с элементами коммутации подстанции; каждая из сформированных таким образом спиральных обмоток выполнена в виде пакета с возможностью его замены; между пакетами, а также между крайними пакетами и магнитопроводом установлены дополнительные изоляционные пластины с окнами под сечение магнитопровода.

2. Подстанция энергетического обеспечения по п. 1, отличающаяся тем, что пакеты имеют единые сквозные каналы охлаждения с возможностью сквозной циркуляции по ним охлаждающего агента.

3. Подстанция энергетического обеспечения по п. 1, отличающаяся тем, что пакеты спиральных обмоток пропитаны изоляционным компаундом.