Токоограничивающий реактор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 13396(57) Изобретение относится книке, в частности к электрическтам, и может быть использованоничения токов короткого замыкаизобретения является повышениничивающей способности реактосодержит колонны из магнитодчерез которые пропущена токоогщая обмотка. В центре реакторарегулирующий элемент, выполненполой муфты, частично заполненмагнитным порошком. Муфта срон закрыта полюсами из магтрика. 3 3. и. ф-лы. 6 ил. вски и,оптимикания в я, 1978,СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство ССС134971, кл. Н 01 Е 29/12, 1985.Неклепаев Б. Н. Координация изация уровней токов короткого замьэлектрических системах. М.: Энергис. 49 - 55. электротехим аппарадля ограния. Целью е токоограра. Реактор иэлектрика, раничиваюразмещенный в виде ной ферродвух сто- нитодиэлекИзобретение 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 повышениетокоограничиваюшей способности в аварийных режимах,На фиг. 1 показан реактор, продольныйразрез; на фиг. 2 - 5 - регулируюгций элемент; на фиг. 6 - реактор, разрез.Регулирующий элемент реактора состоитиз верхнего 1 и нижнего 2 полюсов, установленных с зазором 3 и герметично соединенных муфтой 4, в полость которойзасыпан ферромагнитный порошок 5 (фиг. 2,скопление точек) при протекании по обмотке 6 номинального (1 н 0 м.) и аварийногс токов КЗ (1 кз), В конструкции реактора верхний торец нижнего полюса 2 регулируюгцего 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 Чч= 5 юлО 3, т. е. когда полая муфтавплотную охватывает полюса 1 и 2.Для усиления эффекта токоограниченияпутем увеличения количества ферромагнитного порошка, вносимого в область полюсов 1 и 2 извне, необходимо увеличить объемЧ полой муфты так, чтобы образовалиськарманы, выходящие за пределы сеченияполюсов, заполненные дсполнительным количеством порошка. Этот случай соответствуетусловию Чм)5 16 Реализовать это условиеможно, 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 5в зазоре 3 при переходе от нормального каварийному режиму показано на фиг. 5 и 6соответствующим скоплением точек. Регулирующий элемент по длине равен высоте колонн 9.Вертикальные колонны 9 изготовленыиз композиции бетон - ферромагнитныйпорошок (например, железный порошок идр.), которую в дальнейшем будем называть ферробетон. Ферробетонные колонны9 помимо функций несущей конструкции реактора выполняют роль крайних стержнеймагнитопровода, причем эти стержни приКЗ не насыщаются благодаря распределенному магнитному зазору, создаваемому ферромагнитным порошком 5 в композиции с бетоном. В равной степени это же свойство -линейность магнитных характеристик - присуше и другой части магнитопровода - :реднему его стержню, образованному регулирующим элементом, поскольку полюса 1 и 2изготовлены из магнитодиэлектрика, обладающего, как известно, высокой линейнсстью,а зазор заполняется ферромагнитным порош 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 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, цтобы вызвать подтягивание ферромагнитного порошка 5 к верхнему полюсу 1 регулирующего элемента и заполнение зазора 3 между полюсамии 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 токоограничиваюшего эффекта. Кон. фигурация 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 ггод 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 подтягивать. ся 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 (бз) выбирается исходя из заданной кратности токо- ограничения при КЗ. Из этих же соображений выбирается величина отношения размеров части зазора Оз, заполненной порошком (б ) и воздухом (бв), Выбором соответствующих значений бз, бв, 6можно 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 фер 13396805 10 15 20 25 30 Формула изобретения 35 40 45 50 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 регулирующего элемента реактора должна решаться как оптимизационная.Как отмечалось, в качестве наполнителя в колоннах 9 и в муфте 4 могут использоваться различные ферромагнитные порошки, но предпоцтение 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 колоннь 1 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 1 О 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 д" которой меньше диаметра д (ширина) полюсов 1 и 2, так как объем Ъп порошка остается в этом случае неизменным.Выбирая определенное соотношение длины зазора Ь, объема порошка 1 и диаметра д 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 бз и габаритов реактора, может быть предложен вариант конструкции, изображенный на фиг. 3, суть которой заключается в наличии в муфте 4 карманов, выходящих за пределы полюсов 1 и 2. Задавая различную вместимость карманов путем изменения степени конус- ности 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 7 полости муфты удовлетворяет условию Ъ ы) 8 пол. 63, где 5 - - площадь сечения полюсов; бз - 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 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 1 регулирующего элемента таким образом. что ферробетонные колонны 9, крышка 7, дно 8 и регулирующий элемент образуют много- стержневой (по цислу колонн) магнитопровод, в котором регулирующий элемент выполняет роль среднего стержня с регулируемым зазором 3. Замкнутая магнитодиэлектрическая конструкция магнитопровода обес. печивает усиление токоограничивающего эффекта реактора.Таким образом, реактор обеспечивает значительное увеличение токоограничивающего 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 тоцки зрения выдерживания им ударных токов КЗ, за счет снижения ущерба от КЗ. 1. Токоограничивающий реактор, содержащий вертикальные несущие колонны, расположенные по окружности, токоограничивающую обмотку, отличающийся тем, что, с целью повышения токоограничивающей 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 токоограницпвающего эффекта, реактор снабжен дополнительно крышкой и дном из магнитодиэлектрика, крышка установлена вплотную к верхним1339680 Ъм) 5 пол (5 э,торцам всех колонн и верхнего по:юса регулирующего элемента, а дно - к нижним торцам всех колонн и нижнего полкса 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. ь4. Реактор по и. 1, отличающийся тем, что, с целью усиления токоограничивающего эффекта, полая муфта имеет внутренний объем Ъ, удовлетворяющий соотношению где 5-- площадь сечения полюсов; оз -- длина зазора между полюсами.1339680 Фиг Составитель В. МясниковаТехред И. Верее Корректор И. Эрдейи Тираж 697 Подписное ИПИ Государственного комитета СССР113035, Москва, Ж - 35, Ра) изводственно.полиграфицеское предпри Редактор Н. ЛазаренЗаказ 4233/45 о делам изобретений и открытская наб., д. 4 5ие, г. Ужгород, ул. Проектная,