RU213680U1

RU213680U1 - ARMORED REACTOR WITH VERTICAL PHASE INSTALLATION

Info

Publication number: RU213680U1
Application number: RU2022119019U
Authority: RU
Inventors: Андрей Сергеевич Бутырин; Сергей Викторович Мухин; Сергей Владимирович Хмелев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "СвердловЭлектро" (ООО "СвердловЭлектро")
Filing date: 2022-07-12
Publication date: 2022-09-22

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к реакторам с броневой магнитной системой и вертикальной установкой фаз. Технический результат заключается в повышении производственной технологичности устройства за счет снижения трудоемкости его изготовления и монтажа. Броневой реактор содержит не менее двух установленных друг на друга фаз. Каждая фаза состоит из обмотки и расположенных снаружи обмотки магнитопроводов, имеющих собственные каркасы. Фазы реактора устанавливаются друг на друга непосредственно на каркасы магнитопроводов, посредством которых крепятся друг к другу. Это позволяет исключить операции по установке и креплению дополнительных опорных элементов между фазами реактора. 2 ил.

The utility model relates to electrical engineering, in particular to reactors with an armored magnetic system and vertical phases. The technical result is to increase the manufacturability of the device by reducing the complexity of its manufacture and installation. The armored reactor contains at least two phases installed on top of each other. Each phase consists of a winding and magnetic circuits located outside the winding, which have their own frames. The phases of the reactor are installed on top of each other directly on the frames of the magnetic circuits, through which they are attached to each other. This makes it possible to eliminate the installation and fastening of additional supporting elements between the phases of the reactor. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к электрическим реакторам с броневой магнитной системой и вертикальной установкой фаз, то есть имеющим две и более фазы, установленные друг на друга, и предназначенным для ограничения или сглаживания токов в электрических сетях. The utility model relates to electrical engineering, in particular to electric reactors with an armored magnetic system and vertical phase installation, that is, having two or more phases installed on top of each other and designed to limit or smooth currents in electrical networks.

Броневой токоограничивающий реактор (с броневой магнитной системой) используют, как правило, в малогабаритных помещениях при необходимости безопасно размещать реактор вблизи металлоконструкций и другого электрооборудования. Броневой магнитопровод ограничивает электромагнитное поле реактора за счет того, что значительная часть силовых линий электромагнитного поля замыкается по магнитопроводу, обладающему большей магнитной проводимостью относительно воздуха. Таким образом, напряженность поля рассеяния обмотки реактора существенно снижается за пределами магнитопровода, обеспечивая снижение влияния этого поля на металлоконструкции и оборудование. An armored current-limiting reactor (with an armored magnetic system) is used, as a rule, in small-sized rooms, if it is necessary to safely place the reactor near metal structures and other electrical equipment. The armored magnetic circuit limits the electromagnetic field of the reactor due to the fact that a significant part of the lines of force of the electromagnetic field is closed along the magnetic circuit, which has a higher magnetic conductivity relative to air. Thus, the strength of the stray field of the reactor winding is significantly reduced outside the magnetic circuit, reducing the effect of this field on metal structures and equipment.

Броневой токоограничивающий реактор, как отмечалось выше, в процессе работы продуцирует магнитное поле, достаточно мощное, обусловленное значительной индуктивностью обмотки реактора. В подавляющем большинстве случаев, когда требуется ограничение данного поля для защиты внешних металлоконструкций или оборудования, недостаточно (неэффективно) выполнить это ограничение в каком-либо одном направлении от реактора, ограничение поля требуется по всему периметру реактора. Таким образом, эффективная броневая магнитная система для токоограничивающего реактора имеет не один, а несколько магнитопроводов, расположенных вокруг обмотки реактора. The armored current-limiting reactor, as noted above, during operation produces a magnetic field that is quite powerful, due to the significant inductance of the reactor winding. In the vast majority of cases, when this field is required to be limited to protect external metal structures or equipment, it is not enough (inefficient) to implement this restriction in any one direction from the reactor; field restriction is required along the entire perimeter of the reactor. Thus, an effective armored magnetic system for a current-limiting reactor has not one, but several magnetic circuits located around the reactor winding.

Токи в силовых цепях электростанций, распределительных устройствах и проч., где устанавливаются броневые реакторы, которые могут достигать очень высоких величин, например, десятков килоампер в режиме короткого замыкания в цепи. Как известно, взаимодействие тока с магнитным полем создает электромагнитные усилия. Для реактора, имеющего обмотку и расположенные вокруг обмотки магнитопроводы, это обуславливает создание сложной системы силовых механических взаимодействий по типам обмотка-магнитопровод, магнитопровод-магнитопровод, то есть сил, стремящихся изменить пространственное положение магнитопроводов. В таких условиях большое значение имеет создание надежной системы крепления магнитопроводов, отсутствие которой, особенно в режиме короткого замыкания, приведет к перемещению магнитопроводов под действием этой системы сил, к нарушению целостности конструкции, возможно, повреждению самих магнитопроводов и(или) обмотки реактора и выходу реактора из строя.Currents in the power circuits of power plants, switchgears, etc., where armored reactors are installed, which can reach very high values, for example, tens of kiloamperes in the short circuit mode in the circuit. As you know, the interaction of current with a magnetic field creates electromagnetic forces. For a reactor with a winding and magnetic circuits located around the winding, this leads to the creation of a complex system of power mechanical interactions of the winding-magnetic circuit, magnetic circuit-magnetic circuit types, that is, forces that seek to change the spatial position of the magnetic circuits. Under such conditions, it is of great importance to create a reliable system for fastening the magnetic cores, the absence of which, especially in the short circuit mode, will lead to the movement of the magnetic cores under the action of this system of forces, to a violation of the integrity of the structure, possibly to damage to the magnetic cores themselves and (or) the reactor winding and the reactor outlet. out of service.

Крепление магнитопроводов в броневых реакторах, как правило, производится к каркасу обмотки реактора. Так, из уровня техники известен броневой токоограничивающий реактор [Патент на полезную модель RU198570], содержащий обмотку и расположенные вокруг обмотки, закрепленные на ее прессующей системе незамкнутые магнитопроводы, предпочтительно С-образной формы. Причем прессующая система обмотки и магнитопроводы имеют общие элементы крепления (например, стяжные шпильки), расположенные вдоль области внутреннего диаметра обмотки в количестве, соответствующем количеству магнитопроводов. Прессующая система может также содержать радиальные планки. При этом сами магнитопроводы также могут иметь собственный каркас, обеспечивающий их жесткость.The fastening of magnetic circuits in armored reactors, as a rule, is made to the frame of the reactor winding. So, from the prior art known armored current-limiting reactor [Patent for utility model RU198570], containing the winding and located around the winding, fixed on its pressing system open magnetic circuits, preferably C-shaped. Moreover, the pressing system of the winding and the magnetic circuits have common fastening elements (for example, tie rods) located along the region of the inner diameter of the winding in an amount corresponding to the number of magnetic circuits. The pressing system may also comprise radial slats. In this case, the magnetic circuits themselves can also have their own frame, which ensures their rigidity.

В подавляющем большинстве случаев, в частности, токоограничивающие реакторы, в том числе с броневой магнитной системой, применяются в трехфазных промышленных электрических сетях. Самыми распространенными способами установки (компановки) трехфазных комплектов реакторов (например, согласно В.Г. Стернин, А.К. Карпенский «Сухие токоограничивающие реакторы», Москва, «ЭНЕРГИЯ», 1965г. – стр.12-13) являются: вертикальная установка фаз, ступенчатая (угловая) и горизонтальная. При вертикальной установке три фазы реактора монтируются друг на друга вертикально, при ступенчатой (угловой) две фазы монтируются друг на друга, а третья устанавливается отдельно. Выбор варианта установки определяется главным образом размерами площадки или помещения для реактора(ов), так, например, в помещениях с малой шириной/длиной предпочтение отдается реакторам с вертикальной установкой фаз. In the vast majority of cases, in particular, current-limiting reactors, including those with an armored magnetic system, are used in three-phase industrial electrical networks. The most common methods of installation (layout) of three-phase sets of reactors (for example, according to V.G. Sternin, A.K. Karpensky "Dry current-limiting reactors", Moscow, "ENERGY", 1965 - pp. 12-13) are: vertical installation phases, stepped (angular) and horizontal. With a vertical installation, the three phases of the reactor are mounted vertically on top of each other, with a stepped (angular) installation, two phases are mounted on top of each other, and the third is installed separately. The choice of installation option is determined mainly by the size of the site or room for the reactor(s), so, for example, in rooms with a small width/length, vertical phase reactors are preferred.

Известно также решение вертикального броневого реактора [https://ensons.ru/products/tor_2], состоящего из установленных друг на друга фаз броневого реактора с магнитопроводами, расположенными снаружи прессующей системы обмотки.It is also known the solution of a vertical armored reactor [https://ensons.ru/products/tor_2], consisting of phases of an armored reactor installed on top of each other with magnetic cores located outside the winding pressing system.

В указанном источнике не раскрыты сведения об элементах крепления магнитопроводов. Между тем броневой реактор продуцирует мощное магнитное поле, обусловленное значительной индуктивностью обмотки и усиленное добавлением магнитопроводов, имеет значительные величины токов короткого замыкания (до десятков кА), а также несколько магнитопроводов, расположенных вокруг обмотки. Все это обуславливает наличие сложной системы силовых механических взаимодействий по типам обмотка-магнитопровод, магнитопровод-магнитопровод, то есть сил, стремящихся изменить пространственное положение магнитопроводов. Отсутствие надежной системы креплений магнитопроводов при работе реактора, особенно в режиме короткого замыкания, приведет к их перемещению под действием такой системы сил, к нарушению целостности конструкции, возможно, к повреждению самих магнитопроводов и(или) обмотки реактора и выходу реактора из строя. Поэтому указанное выше техническое решение в отсутствие элементов крепления практически неприменимо. The specified source does not disclose information about the fastening elements of the magnetic circuits. Meanwhile, the armored reactor produces a powerful magnetic field, due to the significant inductance of the winding and reinforced by the addition of magnetic circuits, has significant short-circuit currents (up to tens of kA), as well as several magnetic circuits located around the winding. All this leads to the presence of a complex system of power mechanical interactions by types of winding-magnetic circuit, magnetic circuit-magnetic circuit, that is, forces tending to change the spatial position of the magnetic circuits. The absence of a reliable system for fastening the magnetic circuits during reactor operation, especially in the short circuit mode, will lead to their movement under the action of such a system of forces, to a violation of the integrity of the structure, possibly to damage to the magnetic circuits themselves and (or) the reactor winding and reactor failure. Therefore, the above technical solution in the absence of fastening elements is practically inapplicable.

Кроме того, из источника следует, что фазы трехфазного реактора устанавливаются друг на друга через промежуточную установку изоляторов, что увеличивает трудоемкость сборки трехфазного реактора и габарит реактора по высоте.In addition, it follows from the source that the phases of a three-phase reactor are installed on top of each other through an intermediate installation of insulators, which increases the complexity of assembling a three-phase reactor and the overall height of the reactor.

Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является высокая трудоемкость и увеличенные габариты реактора по высоте при использовании опорных изоляторов для установки фаз.The technical problem to be solved by the utility model is the high labor intensity and the increased dimensions of the reactor in height when using support insulators for installing phases.

Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении производственной технологичности устройства за счет снижения трудоемкости его изготовления и монтажа. Кроме того, упрощается выполнение защитного заземления устройства, снижаются его габариты по высоте. The technical result, which the utility model is aimed at, is to increase the manufacturability of the device by reducing the labor intensity of its manufacture and installation. In addition, the implementation of the protective grounding of the device is simplified, its height dimensions are reduced.

Заявляемый броневой реактор содержит не менее двух установленных друг на друга фаз. Каждая фаза при этом состоит из обмотки и расположенных снаружи обмотки магнитопроводов, имеющих собственные каркасы. Фазы реактора устанавливаются друг на друга непосредственно на каркасы магнитопроводов, посредством которых крепятся друг к другу.The inventive armored reactor contains at least two phases installed on top of each other. Each phase in this case consists of a winding and magnetic circuits located outside the winding, having their own frames. The phases of the reactor are installed on top of each other directly on the frames of the magnetic circuits, through which they are attached to each other.

Такая конструкция позволяет исключить операции по установке и креплению дополнительных опорных элементов между фазами реактора (например, опорных изоляторов) и соответственно снизить трудоемкость изготовления и монтажа реактора. Таким образом, достигается повышение производственной технологичности реактора. Дополнительно снижается материалоемкость и габарит готового изделия по высоте.This design makes it possible to eliminate the installation and fastening of additional supporting elements between the phases of the reactor (for example, support insulators) and, accordingly, reduce the complexity of manufacturing and mounting the reactor. Thus, an increase in the production manufacturability of the reactor is achieved. Additionally, the consumption of materials and the overall height of the finished product are reduced.

Каркас магнитопровода может содержать скобы, форма которых может быть подобрана таким образом, чтобы максимально упростить (снизить трудоемкость) установки, выравнивания и крепления каркасов магнитопроводов друг к другу.The frame of the magnetic circuit may contain brackets, the shape of which can be selected in such a way as to simplify (reduce labor intensity) as much as possible (reduce labor intensity) installation, alignment and fastening of the frames of the magnetic circuits to each other.

Сущность полезной модели поясняется фигурами, где изображено:The essence of the utility model is illustrated by the figures, which show:

- на фиг. 1 - общий вид броневого реактора, причем два магнитопровода на верхней фазе не показаны для отображения каркаса обмотки;- in Fig. 1 is a general view of the armored reactor, with two magnetic circuits in the upper phase not shown to display the winding frame;

- на фиг. 2 - местный вид А с фиг. 1.- in Fig. 2 is a partial view of A from FIG. one.

Для подтверждения возможности реализации полезной моделью своего назначения и достижения заявленного технического результата рассмотрим вариант исполнения реактора.In order to confirm the possibility of the utility model realizing its purpose and achieving the claimed technical result, we will consider a version of the reactor design.

Броневой реактор (см. фиг. 1) содержит две или более фазы, устанавливаемые друг на друга вертикально. Обычно, реактор имеет три фазы, которые установлены друг на друга, в связи с его использованием в наиболее распространенных трехфазных электрических сетях.Armored reactor (see Fig. 1) contains two or more phases mounted on top of each other vertically. Usually, the reactor has three phases that are stacked on top of each other, due to its use in the most common three-phase electrical networks.

Каждая фаза состоит из обмотки 1, каркаса 2 обмотки 1, а также расположенных снаружи обмотки 1 и закрепленных на каркасе 2 магнитопроводов 3, каждый из которых имеет собственный каркас 4. Each phase consists of a winding 1, a frame 2 of the winding 1, as well as located outside the winding 1 and fixed on the frame 2 magnetic circuits 3, each of which has its own frame 4.

Броневая магнитная система, обуславливающая расположение магнитопроводов снаружи обмотки, способствует достижению технического результата за счет того, что позволяет выполнять крепление магнитопроводов каждой фазы друг к другу именно снаружи реактора, то есть в легкодоступном месте, снижая трудоемкость данной операции. The armored magnetic system, which determines the location of the magnetic circuits outside the winding, contributes to the achievement of the technical result due to the fact that it allows the fastening of the magnetic circuits of each phase to each other precisely outside the reactor, that is, in an easily accessible place, reducing the complexity of this operation.

Так как реактор в процессе эксплуатации может подвергаться значительным механическим, вибрационным, а также ветровым и сейсмическим нагрузкам, для его функционирования требуется обеспечить надежное крепление фаз между собой. Фазы заявляемого реактора устанавливаются друг на друга непосредственно на каркасы 4 магнитопроводов 3, а каркасы 4 затем крепятся друг к другу. То есть промежуточные опорные элементы не используются.Since the reactor during operation can be subjected to significant mechanical, vibrational, as well as wind and seismic loads, its operation requires reliable fastening of the phases to each other. The phases of the inventive reactor are installed on top of each other directly on the frames 4 of the magnetic cores 3, and the frames 4 are then attached to each other. That is, intermediate support elements are not used.

Каркас 4 магнитопровода 3 может представлять собой как систему узлов, деталей, материалов, так и единичные детали, обеспечивающие жесткость собранного магнитопровода, включая его прессовку. В заявляемом устройстве каркас 4 обеспечивает также возможность крепления магнитопровода 3 к каркасу 2 обмотки 1 и к другому (смежному) магнитопроводу (другой фазе реактора). Каркасы магнитопроводов могут состоять из неметаллических или металлических материалов, или их совокупности. Предпочтительно прессовать магнитопровод путем стягивания элементов каркаса между собой (например, стягивание прессующих скоб шпильками) для снижения шума и вибрационных нагрузок, а также придания дополнительной жесткости конструкции. The frame 4 of the magnetic core 3 can be either a system of assemblies, parts, materials, or individual parts that ensure the rigidity of the assembled magnetic circuit, including its pressing. In the claimed device, the frame 4 also provides the possibility of attaching the magnetic circuit 3 to the frame 2 of the winding 1 and to another (adjacent) magnetic circuit (another phase of the reactor). Frameworks of magnetic circuits may consist of non-metallic or metallic materials, or a combination of them. It is preferable to press the magnetic core by tightening the frame elements together (for example, tightening the pressing brackets with pins) to reduce noise and vibration loads, as well as to impart additional structural rigidity.

На фигуре 2 показан пример выполнения крепления фаз реактора друг к другу через каркасы 4 магнитопроводов 3, в состав которых входят прессующие магнитопровод скобы 4’. Так на фиг.2 магнитопровод 3’ верхней фазы, имеющий собственный каркас со скобами 4’ устанавливается на магнитопровод 3” нижней фазы, имеющий собственный каркас со скобами 4”. В месте контакта скоб 4’ и 4” магнитопроводов 3’ и 3” соответственно производится крепление, например, болтовым соединением. The figure 2 shows an example of the fastening of the phases of the reactor to each other through the frames 4 of the magnetic circuits 3, which include clamps 4' pressing the magnetic circuit. So in figure 2, the magnetic circuit 3' of the upper phase, having its own frame with brackets 4', is installed on the magnetic circuit 3 "of the lower phase, having its own frame with brackets 4". At the point of contact of the brackets 4’ and 4” of the magnetic circuits 3’ and 3”, respectively, fastening is carried out, for example, by bolting.

Магнитопроводы соседних (смежных) фаз посредством их каркасов 4 соединены друг с другом, а обмотки 1 каждой фазы имеют соединение посредством их каркаса 2 с каждым магнитопроводом 3 своей фазы. То есть отсутствуют незакрепленные (незафиксированные) элементы, которые могли бы перемещаться под действием электромагнитных сил в работающем реакторе и привести к выходу его из строя. За счет этого достигается общая жесткость системы соединений фаз реактора, позволяющая ему выполнять свои рабочие функции.The magnetic circuits of neighboring (adjacent) phases are connected to each other by means of their frames 4, and the windings 1 of each phase are connected by means of their frame 2 to each magnetic circuit 3 of its phase. That is, there are no loose (unfixed) elements that could move under the action of electromagnetic forces in a working reactor and lead to its failure. Due to this, the overall rigidity of the system of connections of the phases of the reactor is achieved, allowing it to perform its working functions.

Технологичность такой установки фаз друг на друга достигается за счет отсутствия необходимости установки промежуточных элементов. Например, промежуточных опорных элементов - опорных изоляторов между фазами. Элемент каркаса магнитопровода, например, скоба, одновременно обеспечивает прессовку магнитопровода, крепление магнитопровода и обмотки (каркаса обмотки), а также крепление фаз друг к другу. Таким образом, одна деталь может функционально заменить установку нескольких деталей или узлов крепления, благодаря чему, число технологических операций снижается.The manufacturability of such an installation of phases on top of each other is achieved due to the absence of the need to install intermediate elements. For example, intermediate support elements - support insulators between phases. An element of the magnetic circuit frame, for example, a bracket, simultaneously ensures the pressing of the magnetic circuit, the fastening of the magnetic circuit and the winding (winding frame), as well as the fastening of the phases to each other. Thus, one part can functionally replace the installation of several parts or attachment points, due to which the number of technological operations is reduced.

Минимальный габарит реактора по высоте обеспечивается отсутствием промежуточных опорных элементов и минимальными зазорами между каркасами магнитопроводов, которые могут обуславливаться исключительно технологической необходимостью и в частном случае вообще отсутствовать, а также за счет возможности устанавливать всю группу фаз на фундамент непосредственно на каркасы магнитопроводов нижней фазы.The minimum height dimension of the reactor is ensured by the absence of intermediate support elements and the minimum gaps between the magnetic core frames, which can be determined solely by technological necessity and in a particular case can be absent altogether, as well as due to the possibility of installing the entire group of phases on the foundation directly on the lower phase magnetic core frames.

Кроме того, согласно нормативным документам (например, правилам устройства электроустановок «ПУЭ»), нетоковедущие части электроустановок, в данном случае - магнитопроводы реактора, должны иметь защитное заземление. Непосредственное соединение каркасов магнитопроводов при установке их друг на друга позволяет выполнить защитное заземление для магнитопроводов всех фаз одной цепью за счет прямого контакта металлических частей каркасов магнитопроводов (скоб, болтов) от верхней фазы к нижней. В таком случае каждая колонна магнитопроводов находится в последовательной цепи заземления вплоть до опорного основания нижней фазы, которое подключается к внешней цепи заземления. То есть исключается необходимость раздельного подключения к цепям заземления каждого магнитопровода каждой фазы, что снижает трудоемкость монтажа и, тем самым, повышает производственную технологичность. In addition, according to regulatory documents (for example, the rules for the installation of electrical installations "PUE"), non-current-carrying parts of electrical installations, in this case, the reactor's magnetic circuits, must have protective grounding. The direct connection of the magnetic core frames when installing them on top of each other allows you to perform protective grounding for the magnetic cores of all phases in one circuit due to direct contact of the metal parts of the magnetic core frames (brackets, bolts) from the upper phase to the lower one. In such a case, each core string is in series ground circuit up to the lower phase support base, which is connected to the external ground circuit. That is, the need for separate connection to the ground circuits of each magnetic circuit of each phase is eliminated, which reduces the complexity of installation and, thereby, increases production manufacturability.

Claims

Armored reactor containing at least two phases installed on each other, each of which contains a winding, magnetic cores located outside the winding, having their own frames, and the phases of the reactor are installed on top of each other directly on the frames of the magnetic cores, which are attached to each other.