RU2691450C1 - Сглаживающе-токоограничивающий реактор фильтр-устройства железнодорожной тяговой подстанции - Google Patents
Сглаживающе-токоограничивающий реактор фильтр-устройства железнодорожной тяговой подстанции Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691450C1 RU2691450C1 RU2018129994A RU2018129994A RU2691450C1 RU 2691450 C1 RU2691450 C1 RU 2691450C1 RU 2018129994 A RU2018129994 A RU 2018129994A RU 2018129994 A RU2018129994 A RU 2018129994A RU 2691450 C1 RU2691450 C1 RU 2691450C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rod
- magnetic
- coil
- outer shell
- magnetic system
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 claims description 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/02—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F37/00—Fixed inductances not covered by group H01F17/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/24—Magnetic cores
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
- H01F29/08—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with core, coil, winding, or shield movable to offset variation of voltage or phase shift, e.g. induction regulators
- H01F29/10—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with core, coil, winding, or shield movable to offset variation of voltage or phase shift, e.g. induction regulators having movable part of magnetic circuit
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
- H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
- H01F3/14—Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на действующих и вновь проектируемых участках железнодорожного и промышленного транспорта, а также метрополитенов. Сглаживающий реактор содержит по меньшей мере один блок, содержащий коаксиально расположенную относительно секционированного немагнитными зазорами стержня (1) катушку индуктивности (2) с обмоткой из литцендрата, помещенную в немагнитную среду с высокой электрической прочностью. Конструктивные элементы ферромагнитного стержня (1) выполнены в виде цилиндров малой высоты, имеющих радиальную прорезь, которая препятствует протеканию индуцированных кольцевых токов и осуществляет ввод катушки индуктивности (2) внутрь радиально-цилиндрической бронестержневой магнитной системы (3, 4) из ферромагнитного материала. Катушка изолирована от стержня, ориентирована вертикально и опирается на поддерживающие диэлектрические конструкции. Радиально-цилиндрическая бронестержневая магнитная система включает ферромагнитный стержень (1), размещенный коаксиально в центре катушки (2), ярмовые фланцы (3) и наружную обечайку (4), замыкающие магнитный поток Ф. Магнитный поток Фформируется выпрямленным током нагрузки I. Содержащаяся в Iпеременная составляющая наводит прямо пропорционально коэффициенту трансформации в ярмовых фланцах (3) и наружной обечайке (4) кольцевые токи I, каждый из которых протекает на характерной его частоте глубине скин-слоя и затухает с выделением тепловой энергии на активном сопротивлении короткозамкнутых витков. Технический результат - снижение обмена реактивной энергией с преобразователем, реактивного падения напряжения, трансформация электромагнитного излучения в джоулево тепло, снижение потерь, повышение качества электрической энергии в тяговой сети. 1 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к сглаживающим реакторам систем тягового электроснабжения, и может быть использовано на действующих и вновь проектируемых участках железнодорожного и промышленного транспорта, а также метрополитенов.
Параметры индуктивности эксплуатируемых в настоящее время на тяговых подстанциях постоянного тока реакторов типа РБФА-У определяются потокосцеплением, зависящим от конструктивных особенностей и геометрических размеров катушки, а также величины протекающего по ее виткам тока (ГОСТ 32676-2014 «Реакторы для тяговых подстанций железной дороги сглаживающие. Общие технические условия», 2014 г).
Создаваемый катушкой магнитный поток является потоком рассеяния и негативно влияет на расположенные поблизости приборы. По этой причине реакторы располагаются в отдельных строениях, имеющих перфорированную металлическую обшивку, закрепленную на деревянных или иных непроводящих ток направляющих.
Реакторы типа РЖФА с бронестержневой радиально-цилиндрической магнитной системой (патент на изобретение №2627730 (заявка №2015146830), приоритет от 30.05.15., публ. 11.08.17. (прототип) гораздо более компактны, практически не имеют поля рассеяния и отличаются значительно меньшим уровнем потерь энергии ввиду меньшего числа ампервитков ввиду сравнительно более высокой магнитной проницаемости его конструктивных элементов. Вместе с тем необходимость ограничивать скорость нарастания токов короткого замыкания в электроустановках постоянного тока мегаваттного класса мощности предъявляет жесткие требования к электрической изоляции и конструктивному исполнению реакторов, которая надежно должна выдерживать знакопеременные коммутационные перенапряжения. Более того, запасенная в индуктивности реактора энергия, несмотря на использование шунтирующих устройств, выделяется в камере быстродействующего выключателя. В этой связи для снижения износа, разгонных рогов и контактов, а также дугогасительных камер быстродействующих выключателей постоянного тока с сохранением надежности отключения ими токов короткого замыкания возможно лишь при снижении уровня падения напряжения на индуктивности реактора. Реакторы типа РЖФА являются наиболее близким аналогом заявленного изобретения.
Проблемой заявленного изобретения является устранение недостатков аналогов.
Технический результат заявленного изобретения заключается в снижении уровня коммутационных перенапряжений и скорости нарастания тока в цепи короткого замыкания, увеличения коэффициента сглаживания реактора по току.
Указанный технический результат достигается в заявленном изобретении за счет того, что сглаживающий реактор фильтр-устройства тяговой подстанции содержит, по меньшей мере, один блок в виде катушки индуктивности с замкнутой радиально-цилиндрической магнитной системой из ферромагнитного материала, состоящей из стержня, ярмовой части и наружной обечайки, коаксиально расположенных вокруг катушки, при этом магнитная система секционирована немагнитными зазорами.
В отличие от ближайшего аналога в заявленном реакторе фильтр-устройства каждый нешихтованный элемент стержня имеет как минимум одну радиальную прорезь, препятствующую протеканию в них индуцированных кольцевых токов. Нешихтованные (массивные) ярмовые фланцы и наружная обечайка, одновременно являясь элементами магнитной системы, представляют собой замкнутые накоротко изолированные друг от друга витки вторичной обмотки, в которых кратно коэффициенту трансформации и магнитной связи наводятся кольцевые токи, возникают падения напряжения, величины которых прямо пропорциональны толщине скин-слоя для каждой из частот гармоник тягового тока. Согласно закону электромагнитной индукции сглаживание выпрямленного тока производится в том числе, путем трансформации переменной составляющей во вторичную обмотку и последующим затуханием в короткозамкнутых витках с выделением тепла, вследствие чего достигается кратное снижение коммутационных перенапряжений и скорости нарастания тока короткого замыкания при прочих равных условиях.
В целях предотвращения насыщения магнитной системы реактора, она секционирована зазорами, заполненными немагнитным материалом, которые представляют собой магнитные сопротивления ограничивающие величину магнитного потока, потому как имеют несоизмеримо более низкую величину относительной магнитной проницаемости. Также за счет указанного секционирования достигается линейность величины индуктивности при изменении токовой нагрузки от нуля до номинальных значений (в диапазоне изменения рабочих токов).
Изобретение иллюстрируется фиг. 1, на которой показана схема заявленного устройства, где:
Заявленный реактор включает, по меньшей мере, один блок, содержащий коаксиально расположенную относительно секционированного немагнитными зазорами стержня (1) катушку индуктивности (2) с обмоткой из литцендрата, помещенную в немагнитную среду с высокой электрической прочностью. Использование литцендрата на основе изолированных медных или алюминиевых проводов позволяет уменьшить эффект близости, усреднить импеданс каждого провода, добиться в них равномерного распределения токов, и обеспечить более высокую добротность. Конструктивные элементы ферромагнитного стержня (1) выполненные в виде цилиндров малой высоты (таблеток) имеющих радиальную прорезь (показана относительно осевой линии), которая препятствует протеканию индуцированных кольцевых токов и осуществляет ввод катушки индуктивности (2) внутрь радиально-цилиндрической бронестержневой магнитной системы (3, 4) из ферромагнитного материала. Катушка изолирована от стержня (изоляция не показана), ориентирована вертикально и опирается на поддерживающие диэлектрические конструкции (не показаны).
Радиально-цилиндрическая бронестержневая магнитная система включает стержень (1) из ферромагнитного материала, размещенный коаксиально в центре катушки (2), ярмовые фланцы (3) и наружную обечайку (4) замыкающие магнитный поток Фм. Магнитный поток Фм формируется выпрямленным током нагрузки Iн. Содержащаяся в Iн переменная составляющая наводит прямо пропорционально коэффициенту трансформации в ярмовых фланцах (3) и наружной обечайке (4) кольцевые токи Iк, каждый из которых протекает на характерной его частоте глубине скин-слоя и затухает с выделением тепловой энергии на активном сопротивлении короткозамкнутых витков. Такой принцип работы снижает при высоких значениях индуктивности реактора обмен реактивной энергией с преобразователем, а также со снижением реактивного падения напряжения, трансформировать излучаемое во вне РБФА-У электромагнитное излучение в джоулево тепло.
Работа заявленного реактора осуществляется следующем образом.
После включения катушки в цепь возврата тягового тока осуществляется сглаживание тока нагрузки. При этом магнитный поток Фм, создаваемый витками катушки (2) при протекании по ней тока нагрузки Iн, затягивается в стержень (1) и элементы магнитной системы (3, 4) из ферромагнитного материала, имеющего несоизмеримо больший коэффициент магнитной проницаемости по сравнению с немагнитной средой, в которую помещена катушка (2). В результате необходимая величина индуктивности достигается меньшим числом ампер-витков, что обеспечивает снижение внутреннего сопротивления реактора и потерь энергии в нем с одновременным многократным снижением величины магнитного поля рассеяния.
Переменная составляющая, содержащаяся в выпрямленном токе нагрузки Iн трансформируется во вторичную обмотку с короткозамкнутыми витками, где и происходит затухание высших гармонических с выделением джоулева тепла. Возможность отделения переменной составляющей выпрямленного тока от постоянной, расходуемой на тягу поездов, позволяет в значительной степени снизить обмен реактивной энергией с преобразователем, повысить качество электрической энергии в тяговой сети, снизить реактивное падение напряжения на реакторе и уровень коммутационных перенапряжений на нем, ограничивать скорость нарастания переходного тока короткого замыкания, перераспределяя его между первичной и вторичной обмотками.
Потери на гистерезис и вихревые токи в магнитной системе реактора будут пренебрежимо малы ввиду несоизмеримо меньших по амплитуде токов высших гармонических в выпрямленном токе по сравнению с постоянной составляющей, расходуемой на тягу поездов.
Claims (1)
- Сглаживающий реактор фильтр-устройства тяговой подстанции содержит по меньшей мере один блок в виде катушки индуктивности с замкнутой радиально-цилиндрической магнитной системой из ферромагнитного материала, состоящей из стержня, ярмовой части и наружной обечайки, коаксиально расположенных вокруг катушки, при этом магнитная система секционирована немагнитными зазорами, отличающийся тем, что каждый нешихтованный элемент стержня имеет как минимум одну радиальную прорезь, препятствующую протеканию в них индуцированных кольцевых токов, нешихтованные (массивные) ярмовые фланцы и наружная обечайка, одновременно являясь элементами магнитной системы, представляют собой замкнутые накоротко изолированные друг от друга витки вторичной обмотки, в которых кратно коэффициенту трансформации и магнитной связи наводятся кольцевые токи, возникают падения напряжения, величины которых прямо пропорциональны толщине скин-слоя для каждой из частот гармоник выпрямленного тока, тем самым согласно закону электромагнитной индукции сглаживание выпрямленного тока производится в том числе путем трансформации переменной составляющей во вторичную обмотку и последующим затуханием в короткозамкнутых витках с выделением тепла, вследствие чего достигается кратное снижение коммутационных перенапряжений и скорости нарастания тока короткого замыкания при прочих равных условиях.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129994A RU2691450C1 (ru) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | Сглаживающе-токоограничивающий реактор фильтр-устройства железнодорожной тяговой подстанции |
| PCT/RU2018/000665 WO2020036507A1 (ru) | 2018-08-17 | 2018-10-09 | Сглаживающе-токоограничивающий реактор фильтр-устройства железнодорожной тяговой подстанции |
| DE102019121287.1A DE102019121287A1 (de) | 2018-08-17 | 2019-08-07 | Glättungs - und strombegrenzungdrossel für filtervorrichtung der bahn-traktion-untersstation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129994A RU2691450C1 (ru) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | Сглаживающе-токоограничивающий реактор фильтр-устройства железнодорожной тяговой подстанции |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2691450C1 true RU2691450C1 (ru) | 2019-06-14 |
Family
ID=66947858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018129994A RU2691450C1 (ru) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | Сглаживающе-токоограничивающий реактор фильтр-устройства железнодорожной тяговой подстанции |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102019121287A1 (ru) |
| RU (1) | RU2691450C1 (ru) |
| WO (1) | WO2020036507A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111177959A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-05-19 | 清华大学 | 平波电抗器的优化设计方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113823477A (zh) * | 2020-06-19 | 2021-12-21 | 株洲中车机电科技有限公司 | 一种多功能组合牵引滤波电抗器 |
| CN113609628B (zh) * | 2021-07-21 | 2023-09-26 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 地铁变电站的选址方法、装置、设备及可读存储介质 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU18359A1 (ru) * | 1929-10-25 | 1930-10-31 | В.П. Наумченко | Реактивна катушка дл ограничени силы тока короткого замыкани |
| RU2626619C1 (ru) * | 2015-12-31 | 2017-07-31 | Общество с ограниченной ответственностью Внедренческое предприятие "Наука, техника, бизнес в энергетике" | Дугогасящий реактор с регулируемым магнитным зазором |
| RU2627730C2 (ru) * | 2015-10-30 | 2017-08-11 | Зотов Алексей Вячеславович | Сглаживающий реактор фильтр-устройства железнодорожной тяговой подстанции |
| CN206697342U (zh) * | 2017-03-26 | 2017-12-01 | 合肥盛宝电气有限公司 | 一种瞬时可调电抗的限流电抗器 |
| RU2663202C2 (ru) * | 2016-12-28 | 2018-08-02 | Общество с ограниченной ответственностью "НИР Энерго" | Дугогасящий реактор с регулируемыми зазорами |
| RU2663204C2 (ru) * | 2016-12-28 | 2018-08-02 | Общество с ограниченной ответственностью "НИР Энерго" | Плунжерный дугогасящий реактор с распределенными зазорами |
-
2018
- 2018-08-17 RU RU2018129994A patent/RU2691450C1/ru active
- 2018-10-09 WO PCT/RU2018/000665 patent/WO2020036507A1/ru active Application Filing
-
2019
- 2019-08-07 DE DE102019121287.1A patent/DE102019121287A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU18359A1 (ru) * | 1929-10-25 | 1930-10-31 | В.П. Наумченко | Реактивна катушка дл ограничени силы тока короткого замыкани |
| RU2627730C2 (ru) * | 2015-10-30 | 2017-08-11 | Зотов Алексей Вячеславович | Сглаживающий реактор фильтр-устройства железнодорожной тяговой подстанции |
| RU2626619C1 (ru) * | 2015-12-31 | 2017-07-31 | Общество с ограниченной ответственностью Внедренческое предприятие "Наука, техника, бизнес в энергетике" | Дугогасящий реактор с регулируемым магнитным зазором |
| RU2663202C2 (ru) * | 2016-12-28 | 2018-08-02 | Общество с ограниченной ответственностью "НИР Энерго" | Дугогасящий реактор с регулируемыми зазорами |
| RU2663204C2 (ru) * | 2016-12-28 | 2018-08-02 | Общество с ограниченной ответственностью "НИР Энерго" | Плунжерный дугогасящий реактор с распределенными зазорами |
| CN206697342U (zh) * | 2017-03-26 | 2017-12-01 | 合肥盛宝电气有限公司 | 一种瞬时可调电抗的限流电抗器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111177959A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-05-19 | 清华大学 | 平波电抗器的优化设计方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020036507A1 (ru) | 2020-02-20 |
| DE102019121287A1 (de) | 2020-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110546731B (zh) | 断路器 | |
| RU2374713C2 (ru) | Плоский высоковольтный трансформатор | |
| US8212416B2 (en) | Device for filtering harmonics | |
| RU2691450C1 (ru) | Сглаживающе-токоограничивающий реактор фильтр-устройства железнодорожной тяговой подстанции | |
| US5341281A (en) | Harmonic compensator using low leakage reactance transformer | |
| US20090295524A1 (en) | Power converter magnetic devices | |
| US20140035712A1 (en) | Cable And Electromagnetic Device Comprising The Same | |
| CN206931469U (zh) | 一种开关电源控制系统的多路输出变压器 | |
| US20200168389A1 (en) | Transformer and Switch-Mode Power Supply | |
| US20230335333A1 (en) | Coil and a Transformer That Have Improved Electromagnetic Shielding | |
| US20150170821A1 (en) | Transformer | |
| RU2348998C1 (ru) | Управляемый реактор трансформаторного типа | |
| GB1603140A (en) | Constant-current transformer | |
| US5705971A (en) | Low leakage coaxial transformers | |
| US20190006096A1 (en) | Transformers with integrated inductors | |
| CN104575994A (zh) | 变换器 | |
| RU132284U1 (ru) | Фильтр для высокочастотной связи по линиям электропередачи | |
| RU2734394C1 (ru) | Реактор заземляющий дугогасящий с немагнитными зазорами РДМК, РДСК с конденсаторным регулированием | |
| RU213924U1 (ru) | Трансформатор со сниженным значением намагничивающего тока при работе под нагрузкой | |
| Bharadwaj et al. | Verification of magnetics design considering high power and high frequency effects | |
| RU198869U1 (ru) | Реактор заземляющий дугогасящий с распределенными немагнитными зазорами РДМК, РДСК регулированием по вторичной обмотке | |
| JP6119012B1 (ja) | 耐雷トランス | |
| US11942254B2 (en) | Transformer insulation modification | |
| KR20180062586A (ko) | 변압기 | |
| RU2273909C1 (ru) | Электроиндукционное устройство |