SU1339680A1 - Токоограничивающий реактор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к электрическим аппаратам , и может быть использовано дл  ограничени  токов короткого замыкани . Целью изобретени   вл етс  повышение токоогра- ничивающей способности реактора. Реактор содержит колонны из магнитодиэлектрика, через которые пропущена токоограничиваю- ша  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)

Description

Изобретение относитс  к электротехнике, а именно к электрическим аппаратам, и может быть использовано дл  ограничени  токов короткого замыкани  (КЗ) в электрических цеп х с номинальными напр жени ми 6-10 КВ.

Целью изобретени   вл етс  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 поропюк 5 (фиг. 2, скопление точек) при протекании по обмотке 6 номинального (Ь ом.) и аварийного токов КЗ (Ьз). 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, когда VM Siioji. 63, т. е. когда пола  муфта вплотную охватывает полюса 1 и 2.

Дл  усилени  эффекта токоограничени  путем увеличени  количества ферромагнитного порощка, вносимого в область полюсов 1 и 2 извне, необходимо увеличить объем V полой муфты так, чтобы образовались «карманы, выход щие за пределы сечени  полюсов, заполненные дополнительным количеством порошка. Этот случай соответствует условию м 5|1олбз. 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 (IHOM) и тока КЗ (Ьз). 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 выполн ют роль крайних стержней магнитопровода, причем эти стержни при КЗ не насыщаютс  благодар  распределенному магнитному зазору, создаваемому ферромагнитным порощком 5 в композиции с бетоном . В равной степени это же свойство - линейность магнитных характеристик - присуще и другой части магнитопровода - среднему его стержню, образованному регулирующим элементом, поскольку полюса 1 и 2 изготовлены из магнитодиэлектрика, обладающего , как известно, высокой линейностью а зазор заполн етс  ферромагнитным порощ0

5

0

5

ком, обладающим таким же свойством. Конструкци  реактора, по существу,  вл етс  простейшим регул тором тока, в цепи которого включена его обмотка 6. В нормаль- ных эксплуатационных режимах ток по обмотке 6 протекает не настолько большой, чтобы вызвать «подт гивание ферромагнитного порошка 5 к верхнему полюсу 1 ре- гулируюплего элемента и заполнение зазора 3 между полюсами 1 и 2. Благодар  замыканию магнитных линий (фиг. 1 - 6) через большой воздушный зазор 3, индуктивное сопротивление обмотки 6 невелико . В первые моменты времени после возникновени  КЗ с ростом тока в цепи обмотки 6 не.медленно начинает происходить перемещение снизу вверх частиц ферро.магнитного порощка 5, что сразу вызывает ответную реакцию снижени  тока в цепи обмотки 6 за счет увеличени  ее индуктивного сопротивлени . При дальнейшем увеличении значений тока КЗ указанный процесс лавинообразно продолжаетс , привод , в конечном итоге, к полному заполнению воздушного зазора 3 между полюсами 1 и 2 ферромагнитным порошком 5 и, как следствие, достижению максимального токоограничивающего эффекта. Конфигураци  сформированного «порощкового участка среднего стержн  магнитопровода показана на фиг. 2 и 4. Использование ферропорощков на основе мелких частиц позвол ет обеспечить высокое быстродействие формировани  замкнутого магнитопровода , так как масса ферромагнитного порошка в этом случае перемешаетс  под действием электромагнитного пол  значительно быстрее че.м аналогична  масса ферромагнитного сплошного тела. Это объ сн етс  тем, что сплошное тело начинает «подт гиватьс  к полюсу только при достижении током, создающим электромагнитное поле, достаточно больщой величины, т. е. спуст  достаточно больщое врем  после возникновени  КЗ. «Порошковое тело начинает «подт гиватьс  полем по част м, начина  уже с незначительного увеличени  тока. Регулирование тока при этом получаетс  достаточно плавным. Эксперименты показывают, что в этом случае реактор увеличивает индуктивное сопротивление своей обмотки практически в первый полупериод тока КЗ.

Величина воздушного зазора 3 (6з) выбираетс  исход  из заданной кратности токо- ограничени  при КЗ. Из этих же соображений выбираетс  величина отношени  размеров части зазора 6з, заполненной порошком (6п ) и воздухом (бв). Выбором соответствующих значений бз, бв, бп можно обеспечить необходимое возрастание индуктивного сопротивлени  обмотки 6 реактора в С аварийных режимах по сравнению с рабочими в 1,5-2 раза и более. Однако, следует отметить, что, чем выще кратность токоог- раничени , обеспечиваема  реактором, тем ниже быстродействие формировани  фер0

5

0

5

0

ромагнитной «пробки в зазоре, так как большое врем  потребуетс  дл  перемещени  большей массы порошка, которым необходимо заполнить большой зазор. В результате, дл  обеспечени  максимальной эффективности функционировани  реактора (обеспечени  необходимых кратности токоограничени  и быстродействи ) задача выбора геометрических параметров регулирующего элемента реактора должна решатьс  как оптимизационна .

Как отмечалось, в качестве наполнител  в колоннах 9 и в муфте 4 могут использоватьс  различные ферромагнитные порошки, но предпочтение следует отдавать железны.м.

ки при спадении тока в обмотк тора) можно выполнить конусоо верхний торец нижнего полюса рег щего элемента (фиг. 5).

5 Дл  уменьшени  рассеивани  ма потока от обмотки 6 и повышени  и внутри регулирующего элемента может быть дополнительно снабжен крышкой 7 и дном 8, изготовленн же, как и колонны 9, из композици

10 с ферромагнитным порошком, приче ка 7 вплотную примыкает к верхним всех колонн 9 и верхнего полюса I рующего элемента таким образом, чт бетонные колонны 9, крышка 7,

как наиболее дешевым и универсальным. ic регулирующий элемент образуют

т-«U «/......

Диапазон линейности характеристик намагничивани  таких магнитопроводов примерно в 1000 раз больше, чем у электротехнических сталей, что позвол ет избежат-ь насыщени  во всем диапазоне ограничиваемых токов КЗ. Ферробетонные колоннь 9 и ферромагнитный порошок 5 в полости муфты 4 не ухудшают уровень изол ции между витками обмотки 6, так как используемые материалы представл ют собой магнито- диэлектрики, которые характеризуютс  дос- удельным электрически.м

(в среднем р 10 -

30

35

таточно высоким сопротивлением 10 Ом. м).

Если полюса и.меют круглое сечение (фиг. 2), то при переходе от нормального к аварийному режи.му порошок 5 формирует ферромагнитную «пробку в зазоре 3, диаметр d которой меньше диаметра d (ширина) полюсов 1 и 2, так как объе.м Vn порошка остаетс  в этом случае неизменным.

Выбира  определенное соотношение дли- нь1 зазора 6-% объема порошка V m и диа.метра d полюсов 1 и 2, можно добитьс  минимальной разницы между сечени ми поропжовой «пробки и полюсов 1 и 2. В случае, если это не всегда удаетс  сделать из-за ограничений на предельную длину зазора бз и габаритов реактора, может быть предложен вариант конструкции, изображенный на фиг. 3, суть которой заключаетс  в наличии в муфте 4 «карманов, выход ших за пределы полюсов 1 и 2. Задава  различную вместимость «карманов путем изменени  степени конусности полой муфты, можно вносить «извне в формируемый .магнитопровод дополнительное количество порошка. Така  конструкци  обеспечивает снижение практически до нул  сужение сечени  ферромагнитной «пробки (фиг. 4). При этом объем VM полости муфты удовлетвор ет условию V.M Sno.i. бз, где Зпол - площадь сечени  полюсов; бз - длина воздушного зазора между полюсами. Дл  обеспечени  возврата объема ферромагнитного порошка в исходное состо ние (исключение формировани  «горки порошка и, как следствие, сужени  воздушного зазора между полюсами) при переходе от аварийного режима к нормальному (рассыпание ферромагнитной «пробстержневоИ (по числу колонн) провод, в котором регулирующий эле полн ет роль среднего стержн  с ре мым зазором 3. Замкнута  магнит трическа  конструкци  магнитопрово

20 печивает усиление токоограничи эффекта реактора.

Таким образом, реактор обес значительное увеличение токоогран щего эффекта с ростом тока в обмо сохранении заданного токоограничен

25 жиме КЗ. Кроме того, может бы печено расширение диапазона токоо ни . Эффект от внедрени  предлагае актора может быть получен за с жени  потерь мощности из-за паде пр жени  на нем в номинальном за счет снижени  класса оборудо точки зрени  выдерживани  им уда ков КЗ, за счет снижени  ущерба

45

55

Claims (4)

1. Формула изобретени 

   . Токоограничивающий реактор жащий вертикальные несущие колон положенные по окружности, токоо вающую обмотку, отличающийс  т с целью повышени  токоограничи 40 способности, он снабжен регулирующ менто.м, выполненным в виде полой из немагнитного материала, полость частично засыпана ферромагнитным ком и закрыта с двух сторон ма электрическими полюсами, колонны р выполнены из магнитодиэлектрика, т ничивающа  об.мотка пропущена ч лонны, регулирующий элемент разм центре реактора.
2. 2.Реактор по п. 1, отличаюш,ий что, с целью расширени  диапазона ни  индуктивного сопротивлени  при переходе от эксплуатационного рийному режимам электрической цеп торой он включен, нижний полюс в с конусообразным верхним торцом.
3. 3.Реактор по п. 1, отличающий что, с целью усилени  токоограннчпв эффекта, реактор снабжен дополн крышкой и дном из магнитодиэл крышка установлена вплотную к

   ки при спадении тока в обмотке реактора ) можно выполнить конусообразным верхний торец нижнего полюса регулирующего элемента (фиг. 5).

   Дл  уменьшени  рассеивани  магнитного потока от обмотки 6 и повышени  индукции внутри регулирующего 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 I регулирующего элемента таким образом, что ферро- бетонные колонны 9, крышка 7, дно 8 и

   регулирующий элемент образуют

   регулирующий элемент образуют

   «/......

   многостержневоИ (по числу колонн) магнитопровод , в котором регулирующий элемент выполн ет роль среднего стержн  с регулируемым зазором 3. Замкнута  магнитодиэлек- трическа  конструкци  магнитопровода обеспечивает усиление токоограничивающего эффекта реактора.

   Таким образом, реактор обеспечивает значительное увеличение токоограничивающего эффекта с ростом тока в обмотке при сохранении заданного токоограничени  в режиме КЗ. Кроме того, может быть обеспечено расширение диапазона токоограничени . Эффект от внедрени  предлагаемого реактора может быть получен за счет снижени  потерь мощности из-за падени  напр жени  на нем в номинальном режиме, за счет снижени  класса оборудовани  с точки зрени  выдерживани  им ударных токов КЗ, за счет снижени  ущерба от КЗ.

   Формула изобретени 

   5

   5

   5

   . Токоограничивающий реактор, содержащий вертикальные несущие колонны, расположенные по окружности, токоограничи- вающую обмотку, отличающийс  тем, что, с целью повышени  токоограничиваюшей 0 способности, он снабжен регулирующим эле- менто.м, выполненным в виде полой муфты из немагнитного материала, полость которой частично засыпана ферромагнитным порошком и закрыта с двух сторон магнитоди- электрическими полюсами, колонны реактора выполнены из магнитодиэлектрика, токоогра- ничивающа  об.мотка пропущена через колонны , регулирующий элемент размешен в центре реактора.

   2.Реактор по п. 1, отличаюш,ийс  тем, что, с целью расширени  диапазона изменени  индуктивного сопротивлени  обмотки при переходе от эксплуатационного к аварийному режимам электрической цепи, в которой он включен, нижний полюс выполнен с конусообразным верхним торцом.

   3.Реактор по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью усилени  токоограннчпваюшего эффекта, реактор снабжен дополнительно крышкой и дном из магнитодиэлектрика, крышка установлена вплотную к верхним

   торцам всех колонн и верхнего по.:юса регулирующего элемента, а дно - к нижним торцам всех колонн и нижнего полюса регулирующего элемента та ким образом, что колонны, крышка, дно и регулирующий элемент образуют многостержневой по числу колонн магнитопровод, в котором регулирующий элемент  вл етс  средним стержнем с регулируемым зазором.

   mm
4. 4. Реактор по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью усилени  токоограничиваюшего эффекта, пола  муфта имеет внутренний объем VM, удовлетвор ющий соотношению

   V S пол бз,

   где Sпол-площадь сечени  полюсов;

   ёз - длина зазора между полюсами.

   Шт

   3

   6

   ш т

   Ш т Ш

   щ

   Составитель В. М сникова Техред И. ВересКорректор И. Эрдейи

   Тираж 697Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии

   113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4;о Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектиа , 4

   Щ:

   Ш,

   т Ш Ш

   т

   Ш и

   Й|

   т.

   I 6