БРОНЕВОЙ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЙ РЕАКТОР Российский патент 2022 года по МПК H01F27/30 

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электроэнергетическим системам, использующим токоограничивающие реакторы.

Так называемые, сухие токоограничивающие реакторы (далее Реакторы) как катушки индуктивности, устанавливаемые на опорных изоляторах, широко используются в электроэнергетике. Разновидности их конструкций оцениваются несколькими десятками и значительным числом производителей - зарубежных (например, TRENCH Germany, Bamberg; Coil Innovation, Austria, Eferding; BPEG Reactors, China, Beijing; Hitachi ABB Power Grids, Japan, Tokyo; BPEG Reactors, USA, San Jose; General Electric, USA, Boston) и отечественных (например, ОАО ПК ХК Электрозавод, Москва; НИПО РУСЭНЕРГО, Санкт-Петербург; ООО КОМПЛЕКТПРОМ-МАТЕРИАЛЫ, Санкт-Петербург; ООО РосЭнергоТранс / АО Группа СВЭЛ, Екатеринбург; ООО ЭНСОНС, Екатеринбург; ООО Реакторные машины / ООО Реактормаш, Екатеринбург; ЭХП РОСАТОМ, г. Лесной).

Характерным примером типового Реактора служат полимерные конструкции (ЭХП РОСАТОМ, http://www.ehp-atom.ru). Основные недостатки таких конструкций являются следствием отсутствия магнитопроводов. Они еще в большей мере соответствуют недостаткам, указанным в нижеследующих пп. а) и 6), относящихся к прототипу.

Известны также, принятые в качестве прототипа, Реакторы броневого типа (СВЭЛ, https://www.svel.ru), содержащее ряд узких, малообъемных магнитопроводов, в окнах которых расположены обмотки. Однако несмотря на наличие таких магнитопроводов, эти Реакторы обладают следующими недостатками.

а) Наличие значительных открытых поверхностей обмоток, неогражденных магнитопроводами, порождает интенсивное наружное магнитное поле, оказывающее вредное воздействие на людей и на окружающую среду.

б) Из-за малого объема магнитопроводов, для получения требуемой индуктивности, обмотки Реактора содержат большое число витков, что увеличивает габариты Реактора, усложняет изготовление обмоток и их крепеж, а также требует повышенных объемов обмоточных материалов.

Задачей настоящего изобретения является создание Реактора, лишенного недостатков, указанных в пп. а) и б).

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном Реакторе, содержащем опорные изоляторы и магнитопровод, в окнах которого расположены обмотки, магнитопровод выполнен в форме цилиндров, один из которых является наружным и охватывает другой (внутренний), между цилиндрами установлено четное число обмоток, основные (нелобовые) части которых ориентированы вдоль длины цилиндров, при этом соседние обмотки электрически включены согласно.

Цилиндры у Реактора могут быть намотаны из ленточной стали, например, круглыми и соосными.

Цилиндры у Реактора могут быть выполнены из феррита, например, круглыми и соосными.

Цилиндры у Реактора могут быть выполнены полыми, например, круглыми, соосными и заполнены ферромагнитной жидкостью.

Цилиндры у Реактора могут быть выполнены полыми, например, круглыми, соосными и заполнены сыпучим ферромагнитным материалом, например, порошком или гранулами.

Реактор (например, применительно к п. 2 формулы изобретения) содержит (фиг. 1 - фиг. 4): обмотки 1 с основными 2 и лобовыми 3 частями, магнитопровод, состоящий из наружного 4 и внутреннего 5 цилиндров, например, составных, состоящих из четырех (фиг. 1 и фиг. 4) технологичных цилиндров 6 с длинами h, а также изоляторы 9 (фиг. 4); на фиг. 5 и фиг. 6 показаны линии магнитной индукции соответственно при согласном и встречном включениях соседних обмоток.

На фиг. 1, для примера, изображена соответствующая п. 2 формулы изобретения конструктивная схема заявляемого Реактора, содержащего четыре обмотки 1 с током i, электрически включенные согласно, в случае, когда, например, наружный цилиндр 4 магнитопровода является составным, имея длину 4h, т.е. состоит из четырех технологичных цилиндров 6, навитых из стальной ленты стандартной ширины h (в скобках при h указаны номера технологичных цилиндров). При этом на фиг. 1 изображено поперечное сечение Реактора в плоскости между первым и вторым технологичными цилиндрами, где показаны изоляционные каркасы обмоток, содержащие центральные сердцевины 7 и щеки 8, из под которых выступают лобовые части 3 обмоток.

На фиг. 2 и фиг. 3 показаны отличные от фиг. 1 каркасы с обмотками 1, обеспечивающие благодаря радиальной ориентации щек 8 значительное повышение заполнения витками обмоток пространства между цилиндрическими магнитопроводами 4 и 5. При этом обмотки на фиг. 3, по сравнению с обмотками на фиг. 2, являются более технологичными, но зато при прочих равных условиях содержат несколько меньшее число витков.

На фиг. 4, для примера, приведен один из возможных вариантов реализации трехфазного реактора на основе трех Реакторов, соответствующих фиг. 1.

На фиг. 5 изображена картина распределения линий магнитной индукции в пределах угла α₀, занимаемого каждой обмоткой (фиг. 1 - фиг. 3), при их согласном включении (картина получена путем численного расчета с применением стандартной компьютерной программы «ELCUD»). На фиг. 6, в отличие от фиг. 5, представлена картина линий индукции при встречном включении соседних обмоток.

Реактор работает обычным образом, т.е. протекающий по обмоткам Реактора быстро возрастающий во времени t ток i короткого замыкания встречает значительное сопротивление, обусловленное падением напряжения u_L на индуктивности L Реактора (u_L=Ldi/dt), что ограничивает величину тока i. Необходимая по техническим требованиям величина индуктивности обеспечивается при проектировании Реактора путем применения известных аналитических методик или компьютерных программ расчетов с учетом величин немагнитных промежутков (зазоров δ), числа и размеров обмоток, числа их витков, размеров сечений и длин частей магнитопровода, а также отсутствия его насыщения согласно характеристикам намагничивания используемой стали при достижении током i заданного максимального значения i_m. В заявляемой конструкции Реактора последнее условие легко выполнить при любом сколь угодно большом значении i_m за счет величины немагнитного зазора δ=r₃-r₂ между внутренним и наружным цилиндрами 5 и 4, где размещены обмотки 1 из немагнитного материала - изоляции и алюминиевого или медного провода (фиг. 5 и фиг. 6).

Вся основная внешняя поверхность заявляемого Реактора (фиг. 1) соответствует наружному цилиндру 4 магнитопровода с весьма высокой магнитной проницаемостью μ. Так как его окружает воздушное пространство с проницаемостью μ₀ << μ, то наружный цилиндр экранирует это пространство от магнитного поля тока i обмоток. Следовательно, снаружи Реактора магнитное поле будет практически отсутствовать, что свидетельствует об устранении недостатка по п. а). Это подтверждается и картинами линий магнитной индукции на фиг. 5 и фиг. 6, которые фактически не выходят за наружную поверхность r=r₄ цилиндра 4 (а также и за внутреннюю поверхность r=r₁ цилиндра 5).

Известно, что наличие магнитопровода с проницаемостью μ >> μ₀ (по сравнению со случаем его отсутствия) значительно уменьшает необходимые объемы обмоток и габариты различных электромагнитных устройств (например, трансформаторов и дросселей), что полностью относится и к заявляемому Реактору. Данное обстоятельство свидетельствует об устранении недостатка по п. б). При этом именно согласное включение соседних обмоток (фиг. 5) по сравнению с их встречным включением (фиг. 6) значительно повышает магнитную индукцию и, как следствие, уменьшает габариты и вес Реактора (индукция повышается, поскольку каждая ее линия на рис. 5 охватывает примерно в полтора-два раза часть одинаково направленного тока i, чем на рис. 6).

Таким образом, при выполнении Реактора согласно формуле изобретения (пп. 1-5), устраняются указанные в пп. а) и б) недостатки прототипа, что свидетельствует о решении поставленной задачи.

Следует подчеркнуть важные дополнительные достоинства заявляемого Реактора. Так, в случае Реактора по п. 2 применение витых сердечников из стальной ленты стандартной ширины h, изготавливаемых методами безотходных технологий, не требует штамповки ленты, а значит и дорогостоящих штампов. Реакторы по пп. 3-5 могут иметь существенно уменьшенные потери в магнитопроводах. Кроме этого, Реакторы по пп. 4 и 5 удобны для транспортировки при пустых цилиндрах, поскольку при этом малыми являются не только габариты, но и веса. Заполнение же полых цилиндров магнитными материалами может осуществляться непосредственно на месте установки Реакторов.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроэнергетическим системам, использующим токоограничивающие реакторы. Технический результат заключается в уменьшении интенсивности наружного магнитного поля и улучшении массогабаритных показателей. Достигается тем, что в реакторе, содержащем опорные изоляторы и обмотки, расположенные в окнах магнитопроводов, последние выполнены в форме цилиндров, один из которых является наружным и охватывает другой (внутренний), между цилиндрами установлено четное число обмоток, нелобовые части которых ориентированы вдоль длины цилиндров, при этом соседние обмотки электрически включены согласно. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Броневой токоограничивающий реактор, содержащий изоляторы и магнитопровод, в окнах которого расположены обмотки, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в форме цилиндров, из которых один является наружным и охватывает другой, внутренний, между цилиндрами установлено четное число обмоток, нелобовые части которых ориентированы вдоль длины цилиндров, при этом соседние обмотки электрически включены согласно.

2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндры намотаны из ленточной стали.

3. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндры выполнены из феррита.

4. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндры выполнены полыми и заполнены ферромагнитной жидкостью.

5. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндры выполнены полыми и заполнены сыпучим ферромагнитным материалом.