Токоограничивающий реактор

Токоограничивающий реактор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к электрическим аппаратам , и может быть использовано для ограничения токов короткого замыкания. Целью изобретения является повышение токоограничивающей способности реактора. Реактор содержит колонны из магнитодиэлектрика, через которые пропущена токоограничиваюшая обмотка. В центре реактора размещен регулирующий элемент, выполненный в виде полой муфты, частично заполненной ферромагнитным порощком. Муфта с двух сторон закрыта полюсами из магнитодиэлектрика . 3 3. п. ф-лы. 6 ил. со 00 QO 05 СХ)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (504 Н 01 F 29 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЙ РЕАК,ТОР (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим аппаратам, и может быть использовано для ограничения токов короткого замыкания. Целью изобретения является повышение токоограничивающей способности реактора. Реактор содержит колонны из магнитодиэлектрика, через которые пропущена токоограничивающая обмотка. В центре реактора размещен регулирующий элемент, выполненный в виде полой муфты, частично заполненной ферромагнитным порошком. Муфта с двух сторон закрыта полюсами из магнитодиэлектрика. 3 з. и. ф-лы. 6 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4071552/24-07 (22) 11.04.86 (46) 23.09.87. Бюл. № 35 (72) И. И. Калинин, Е. В. Кириевский, В. В. Михайлов и В. В. Михайлов (53) 621.318.43 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1134971, кл. Н 01 F 29/12, 1985.

Неклепаев Б. Н. Координация и оптимизация уровней токов короткого замыкания в электрических системах. М.: Энергия, 1978, с. 49 — 55.

„„SU„„1339680 A1

1339680

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим аппаратам, и может быть использовано для ограничения токов короткого замыкания (КЗ) в электрических цепях с номинальными напряжениями 6 -10 КВ.

Целью изобретения является повышение токоограничивающей способности в аварийных режимах, На фиг. 1 показан реактор, продольный разрез; на фиг. 2 — 5 — регулирующий элемент; на фиг. 6 — реактор, разрез.

Регулирующий элемент реактора состоит из верхнего 1 и нижнего 2 полюсов, установленных с зазором 3 и герметично соединенных муфтой 4, в полость которой засыпан ферромагнитный порошок 5 (фиг. 2, скопление точек) при протекании по обмотке 6 номинального (1 oM.) и аварийногс токов КЗ (1-). В конструкции реактора верхний торец нижнего полюса 2 регулирующего элемента выполнен конусообразной формы (фиг. 3). Реактор может быть дополнительно снабжен крышкой 7 и дном 8 (фиг. 4).

На фиг. 1 — 5 проиллюстрирован случай, когдd V > = S no> о3, т. е. когда полая муфта вплотную охватывает полюса 1 и 2.

Для усиления эффекта токоограничения путем увеличения количества ферромагнитного порошка, вносимого в область полюсов 1 и 2 извне, необходимо увеличить объем

V- полой муфты так, чтобы образовались

«карманы», выходящие за пределы сечения полюсов, заполненные дсполнительным количеством порошка. Этот случай соответствует условию Ч.)Я 16.. Реализовать это условие можно, выполнив полую муфту, например, так, как это показано на фиг. 3 и 4, которые иллюстрируют соответственно два режима: при протекании по обмотке 6 номинального тока (1 -) и тока КЗ (1-) . Перераспределение ферромагнитного порошка 5 в зазоре 3 при переходе от нормального к аварийному режиму показано на фиг. 5 и 6 соответствующим скоплением точек. Регулирующий элемент по длине равен высоте колонн 9.

Вертикальные колонны 9 изготовлены из композиции бетон — ферромагнитный порошок (например, железный порошок и др.), которую в дальнейшем будем называть ферробетон. Ферробетонные колонны

9 помимо функций несущей конструкции реактора выполняют роль крайних стержней магнитопровода, причем эти стержни при

КЗ не насыщаются благодаря распределенному магнитному зазору, создаваемому ферромагнитным порошком 5 в композиции с бетоном. В равной степени это же свойство— линейность магнитных характеристик — присуще и другой части магнитопровода — =реднему его стержню, образованному регулирующим элементом, поскольку полюса 1 и 2 изготовлены из магнитодиэлектрика, обладающего, как известно, высокой линейнсстью, и зазор заполняется ферромагнитным порош5

55 ком, обладающим таким же свойством. Конструкция реактора, по существу, является простейшим регулятором тока, в цепи которого включена его обмотка 6. В нормальных эксплуатационных режимах ток по обмотке 6 протекает не настолько большой, чтобы вызвать «подтягивание» ферромагнитного порошка 5 к верхнему полюсу 1 регулирующего элемента и заполнение зазора 3 между полюсами и 2. Благодаря замыканию магнитных линий (фиг. 1—

6) через большой воздушный зазор 3, индуктивное сопротивление обмотки 6 невелико. В первые моменты времени после возникновения КЗ с ростом тока в цепи обмотки 6 немедленно начинает происходить перемещение снизу вверх частиц ферромагнитного порошка 5, что сразу вызывает ответную реакцию снижения тока в цепи обмотки 6 за счет увеличения ее индуктивного сопротивления. При дальнейшем увеличении значений тока КЗ указанный процесс лавинообразно продолжается, приводя, в конечном итоге, к полному заполнению воздушного зазора 3 между полюсами 1 и 2 ферромагнитным порошком 5 и, как следствие, достижению максимального токоограничивающего эффекта. Конфигурация сформированного «порошкового» участка среднего стержня магнитопровода показана на фиг. 2 и 4. Использование ферропорошков на основе мелких частиц позволяет обеспечить высокое быстродействие формирования замкнутого магнитопровода, так как масса ферромагнитного порошка в этом случае перемещается под действием электромагнитного поля значительно быстрее чем аналогичная масса ферромагнитного сплошного тела. Это объясняется тем, что сплошное тело начинает «подтягиваться» к полюсу только при достижении током, создающим электромагнитное поле, достаточно большой величины, т. е. спустя достаточно большое время после возникновения КЗ.

«Порошковое тело» начинает «подтягиваться» полем по частям, начиная уже с незначительного увеличения тока. Регулирование тока при этом получается достаточно плавным. Эксперименты показывают, что в этом случае реактор увеличивает индуктивное сопротивление своей обмотки практически в первый полупериод тока КЗ.

Величина воздушного зазора 3 (б.) выбирается исходя из заданной кратности токоограничения при КЗ. Из этих же соображений выбирается величина отношения размеров части зазора оз, заполненной порошком (о.. ) и воздухом (6в). Выбором соответствующих значений бз, б., 6 можно обеспечить необходимое возрастание индуктивного сопротивления обмотки 6 реактора в аварийных режимах по сравнению с рабочими в 1,5 — 2 раза и более. Однако, следует отметить, что, чем выше кратность токоограничения, обеспечиваемая реактором, тем ниже быстродействие формирования фер1339680

Формула изобретения

55 ромагнитной «пробки» в зазоре, так как большое время потребуется для перемещения большей массы порошка, которым необходимо заполнить большой зазор. В результате, для обеспечения максимальной эффективности функционирования реактора (обеспечения необходимых кратности токоограничения и быстродействия) задача выбора геометрических параметров регулируюшего элемента реактора должна решаться как оптимизационная.

Как отмечалось, в качестве наполнителя в колоннах 9 и в муфте 4 могут использоваться различные ферромагнитные порошки, но предпочтение следует отдавать железным, как наиболее дешевым и универсальным.

Диапазон линейности характеристик намагничивания таких магнитопроводов примерно в 1000 раз больше, чем у электротехнических сталей, что позволяет избежать насыщения во всем диапазоне ограничиваемых токов КЗ. Ферробетонные колоннь1 9 и ферромагнитный порошок 5 в полости муфты 4 не ухудшают уровень изоляции между витками обмотки 6, так как используемые материалы представляют собой магнитодиэлектрики, которые характеризуются достаточно высоким удельным электрическим сопротивлением (в среднем р = 10

10 Ом. м).

Если полюса имеют круглое сечение (фиг. 2), то при переходе от нормального к аварийному режиму порошок 5 формирует ферромагнитную «пробку» в зазоре 3, диаметр d" которой меньше диаметра d (ширина) полюсов 1 и 2, так как объем Ъ . порошка остается в этом случае неизменным.

Выбирая определенное соотношение длины зазора 6-, объема порошка 1 «и диаметра с полюсов 1 и 2, можно добиться минимальной разницы между сечениями порошковой

«пробки» и полюсов 1 и 2. В случае, если это не всегда удается сделать из-за ограничений на предельную длину зазора Ь и габаритов реактора, может быть предложен вариант конструкции, изображенный на фиг. 3, суть которой заключается в наличии в муфте 4

«карманов», выходяших за пределы полюсов 1 и 2. Задавая различную вместимость

«карманов» путем изменения степени конусности полой муфты, можно вносить «извне» в формируемый магнитопровод дополнительное количество порошка. Такая конструкция обеспечивает снижение практически до нуля сужение сечения ферромагнитной «пробки» (фиг. 4). При этом объем

VM полости муфты удовлетворяет условию

Ъ ы) S по1. 6, где S - — площадь сечения полюсов; о — длина воздушного зазора между полюсами. Для обеспечения возврата объема ферромагнитного порошка в исходное состояние (исключение формирования

«горки» порошка и, как следствие, сужения воздушного зазора между полюсами) при переходе от аварийного режима к нормальному (рассыпание ферромагнитной «пробки» при спадении тока в обмотке реактора) можно выполнить конусообразным верхний торец нижнего полюса регулирующего элемента (фиг. 5).

Для уменьшения рассеивания магнитного потока от обмотки 6 и повышения индукции внутри регулирую него элемента реактор может быть дополнительно снабжен (фиг. 6) крышкой 7 и дном 8, изготовленными так же, как и колонны 9, из композиции бетона с ферромагнитным порошком, причем крышка 7 вплотную примыкает к верхним торцам всех колонн 9 и верхнего полюса 1 регулируюшего элемента таким образом. что ферробетонные колонны 9, крышка 7, дно 8 и регулирующий элемент образуют многостержневой (по числу колонн) магнитопровод, в котором регулируюший элемент выполняет роль среднего стержня с регулируемым зазором 3. Замкнутая магнитодиэлектрическая конструкция магнитопровода обеспечивает усиление токоограничивающего эффекта реактора.

Таким образом, реактор обеспечивает значительное увеличение токоограничиваюшего эффекта с ростом тока в обмотке при сохранении заданного токоограничения в режиме КЗ. Кроме того, может быть обеспечено расширение диапазона токоограничения. Эффект от внедрения предлагаемого реактора может быть получен за счет снижения потерь мощности из-за падения напряжения на нем в номинальном режиме, за счет снижения класса оборудования с точки зрения выдерживания им ударных токов КЗ, за счет снижения ущерба от КЗ.

1. Токоограничиваюший реактор, содержагций вертикальные несущие колонны, расположенные по окружности, токоограничиваюн(ую обмотку, отличающийся тем, что, с целью повышения токоограничиваюшей способности, он снабжен регулирующим элементом, выполненным в виде полой муфты из немагнитного материала. полость которой частично засыпана ферромагнитным порошком и закрыта с двух сторон магнитодиэлектрическими полюсами, колонны реактора выполнены из магнитодиэлектрика, токоограничивающая обмотка пропущена через колонны, регулирующий элемент размещен в центре реактора.

2. Реактор по и. 1, отличающииея тем, что, с целью расширения диапазона изменения индуктивного сопротивления обмотки при переходе от эксплуатационного к аварийному режимам электрической цепи, в которой он включен, нижний полюс выполнен с конусообразным верхним торцом.

3. Реактор по и. 1, отличающийся тем, что, с целью усиления токоограничпваюшего эффекта, реактор снабжен дополнительно крышкой и дном из магнитодиэлектрика, крышка установлена вплотную к верхним

1339680

V | ) S п-ол .озэ, торцам всех колонн и верхнего по. юса регулирующего элемента, а дно — к нижним торцам всех колонн и нижнего полк>са регулирующего элемента таким образом, что колонны, крышка, дно и регулирующий элемент образуют многостержневой по числу 5 колонн магнитопровод, в котором регулирующий элемент является средним стержнем с регулируемым зазором. ь

4. Реактор flo и. 1. отличающийся тем, что, с целью усиления токоограничивающего эффекта, полая муфта имеет внутренний объем V, удовлетворяющий соотношению где S . — — плошадь сечения полюсов; оз — — длина зазора между полюсами.

9 5 а

1339680 стиг. 5 фиг. b

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4, 5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Н. Лазаренко

Заказ 4233/45

Составитель В. Мясникова

Техред И. Верее Корректор И. Эрдейи

Тираж 697 Подписное