Электрический трехфазный реактор с подмагничиванием



Электрический трехфазный реактор с подмагничиванием
Электрический трехфазный реактор с подмагничиванием
Электрический трехфазный реактор с подмагничиванием
Электрический трехфазный реактор с подмагничиванием
Электрический трехфазный реактор с подмагничиванием
Электрический трехфазный реактор с подмагничиванием

 


Владельцы патента RU 2418332:

Брянцев Александр Михайлович (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых, например, в электрической сети для компенсации реактивной мощности, стабилизации Т напряжения, параллельной работы с конденсаторными батареями, повышения пропускной способности и др. Электрический трехфазный реактор содержит магнитную систему, которая выполнена из шихтованных листов электротехнической стали, магнитопровод с соосно расположенными тремя верхними и тремя нижними вертикальными стержнями. На стержнях размещены двухсекционные обмотки. В магнитопроводе имеются верхние, нижние и средние горизонтальные и два боковых вертикальных ярма, причем горизонтальные ярма имеют два средних и два крайних участка, четыре магнитных шунта в виде прямоугольных рам с горизонтальными и вертикальными участками, причем горизонтальные участки шунтов расположены на торцах обмоток вдоль верхнего, среднего и нижнего ярем. Замыкающие их вертикальные участки расположены вдоль боковых ярем. Реактор содержит также управляемые полупроводниковые преобразователи из диодов и резисторов и систему управления. Обмотки реактора соединены с трехфазной сетью и с преобразователями, в реактор введены трехобмоточные изолирующие трансформаторы, установленные между преобразователями и системой управления, в участках среднего горизонтального ярма магнитопровода выполнены немагнитные зазоры. Каждый магнитный шунт имеет два дополнительных вертикальных участка, расположенных между обмотками. Соотношение величин немагнитных зазоров магнитопровода в крайних участках среднего ярма Δкраин. и величин немагнитных зазоров в средних участках среднего ярма Δсредн. составляет 1,5<(Δсредн.краин.)<3, соотношение между сечением стали средних участков средних ярем Sср.яр. и сечением стержней S находится в пределах 0,9<(Sср.яр./S)<1,3, соотношение между сечением стали всех других участков ярем Sяр. и сечением стержней S находится в пределах 0,7<(Sяр./S)<0,9, соотношение между сечением стали всех частей магнитных шунтов Sш и сечением стержней S находится в пределах 0,07<(Sш/S)<0,3. Технический результат состоит в снижении расхода стали и потерь, увеличении надежности, повышении функциональных возможностей - расширении диапазона регулирования мощности. 6 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых, например, в электрической сети для компенсации реактивной мощности, стабилизации напряжения, параллельной работы с конденсаторными батареями, повышения пропускной способности и др.

Известен электрический трехфазный реактор с подмагничиванием [1], содержащий шихтованную магнитную систему с верхним, нижним, средним и двумя боковыми ярмами, соосными верхними и нижними стержнями, расположенными на стержнях верхней и нижней обмотками, а также вводы, полупроводниковые диоды и тиристоры. Недостатком этого устройства - аналога - является повышенный расход стали магнитопровода из-за увеличенного магнитного потока в нем (от магнитного поля рассеяния) в режимах нагрузки реактора, а также из-за неоптимального выбора параметров магнитопровода.

Этот недостаток частично устранен в [2]. Электрический трехфазный реактор с подмагничиванием содержит шихтованную магнитную систему с тремя верхними и тремя нижними соосными стержнями, с верхним, нижним, средним и двумя боковыми ярмами, причем горизонтальные ярма имеют два средних и два крайних участка. Обмотки, расположенные на каждом стержне, состоят из двух частей. Вводы реактора присоединены к частям обмоток и преобразователям с системой управления. В реакторе установлены четыре магнитных шунта в виде прямоугольных рам с горизонтальными и вертикальными частями, причем горизонтальные части шунтов расположены на торцах обмоток вдоль верхнего, среднего и нижнего ярем, а замыкающие их вертикальные части расположены вдоль боковых ярем. Недостатком этого устройства - прототипа - также является повышенный расход стали магнитопровода из-за увеличенного магнитного потока в нем (от магнитного поля рассеяния) в режимах нагрузки реактора из-за неоптимальной конструкции и параметров шунтов и магнитопровода. Кроме того, ограничен диапазон регулирования мощности реактора и снижена надежность из-за опасности появления в аварийных случаях высокого напряжения на системе регулирования ввиду гальванической связи ее с обмотками реактора.

Целью изобретения является снижение расхода стали и потерь, увеличение надежности, повышение функциональных возможностей реактора - расширение диапазона регулирования мощности - за счет введения в конструкцию и электрическую схему новых элементов, новых связей между элементами, оптимизации соотношений параметров.

Поставленная цель достигается тем, что в электрическом трехфазном реакторе с подмагничиванием, магнитная система которого выполнена из шихтованных листов электротехнической стали и содержит магнитопровод с соосно расположенными тремя верхними и тремя нижними вертикальными стержнями, на которых размещены двухсекционные обмотки, верхние, нижние и средние горизонтальные и два боковых вертикальных ярма, причем горизонтальные ярма имеют два средних и два крайних участка, четыре магнитных шунта в виде прямоугольных рам с горизонтальными и вертикальными участками, причем горизонтальные участки шунтов расположены на торцах обмоток вдоль верхнего, среднего и нижнего ярем, а замыкающие их вертикальные участки расположены вдоль боковых ярем, а также реактор содержит управляемые полупроводниковые преобразователи из диодов и резисторов и систему управления, причем упомянутые обмотки соединены с трехфазной сетью и с преобразователями, в реактор введены трехобмоточные изолирующие трансформаторы, установленные между преобразователями и системой управления. В участках среднего горизонтального ярма магнитопровода выполнены немагнитные зазоры. Каждый магнитный шунт имеет два дополнительных вертикальных участка, расположенных между обмотками. Соотношение величин немагнитных зазоров магнитопровода в крайних участках среднего ярма Δкрайн. и величин немагнитных зазоров в средних участках среднего ярма Δсредн.средн.крайн.) составляет

1,5<(Δсредн.крайн.)<3.

Соотношение между сечением стали средних участков средних ярем Sср.яр. и сечением стержней S находится в пределах

0,9<(Sср.яр./S)<1,3,

соотношение между сечением стали всех других участков ярем Sяр. и сечением стержней S находится в пределах

0,7<(Sяр./S)<0,9,

соотношение между сечением стали всех частей магнитных шунтов Sш и сечением стержней S находится в пределах

0,07<(Sш/S)<0,3.

Предлагаемый реактор с подмагничиванием поясняется чертежами. На фиг.1 приведена выемная часть реактора (магнитная система с обмотками) - вид спереди, на фиг.2 - то же, вид сверху, на фиг.3 - то же, вид сбоку. На фиг.4 изображен шихтованный из листов электротехнической стали основной магнитопровод, на фиг.5 - один из четырех шихтованных из листов электротехнической стали магнитных шунтов в виде прямоугольной трехоконной рамы. На фиг.6 показана электрическая схема реактора.

Магнитная система реактора, шихтованная из листов электротехнической стали, состоит из основного магнитопровода и четырех магнитных шунтов.

Магнитопровод реактора (фиг.1-4) содержит шесть соосных стержней - три верхних 1, 2, 3 и три нижних 4, 5, 6. На каждом стержне размещена обмотка, состоящая из двух секций 7 и 8. Имеются два боковых вертикальных ярма 9 и 10, а также три горизонтальных ярма - верхнее ярмо 11, нижнее ярмо 12, и среднее ярмо 13. Сечение стали стержней - S, сечение стали всех ярем кроме среднего ярма - Sя, сечение стали среднего ярма - Sср.яр..

Каждое из горизонтальных ярем 11, 12 и 13 имеет четыре участка: два крайних и два средних.

Все участки среднего горизонтального ярма 13 имеют немагнитные зазоры 14 (величина зазора в средних участках Δсредн.) и 15 (величина зазора в крайних участках Δкрайн.).

Каждый из четырех магнитных шунтов 16 выполнен в виде прямоугольной трехоконной рамы (фиг.5). Горизонтальные части шунтов расположены на торцах обмоток (между торцом обмотки 7 и 8 и прессующей балкой 17, фиг.3). Шунты 16 имеют две средние вертикальные части 18, расположенные между обмотками. Все части магнитных шунтов имеют сечение стали Sш,.

Электрическая схема реактора (фиг.6) содержит три ввода фаз сети A, B и C.

Две секции 7 и 8 обмотки на верхнем стержне 1 фазы A имеют отводы A1-A2 и A3-A4, на нижнем соосном стержне 4 - отводы A5-A6 и A7-A8. Две секции обмотки на верхнем стержне 2 фазы B имеют отводы B1-B2 и B3-B4, на нижнем соосном стержне 5 - B5-B6 и B7-B8. Две секции обмотки на верхнем стержне 3 фазы C имеют отводы C1-C2 и C3-C4, на нижнем соосном стержне 6 - C5-C6 и C7-C8.

Обмотки соединены в схему двух треугольников и подсоединены к трем вводам фаз сети A, B и C.

Между каждыми двумя секциями обмоток каждого стержня включен преобразователь, состоящий из параллельно включенных диода Д и резистора R: между отводами A2 и A3 включен преобразователь П1A, между отводами A6 и A7 - преобразователь П2A, между отводами B2 и B3 - преобразователь П1B, между отводами B6 и B7 - преобразователь П2B, между отводами C2 и C3 - преобразователь П1C между отводами C6 и C7 - преобразователь П2C. Клеммы преобразователей обозначены так же, как и отводы частей обмоток, с которыми они соединены. Во всех шести преобразователях диоды Д и резисторы R одинаковы.

Между системой управления (СУ) и преобразователями установлены изолирующие трехобмоточные трансформаторы ТA, ТB и ТC. Каждая первичная секционированная обмотка трансформатора подсоединена своими выводами (У1A2A, У1B2B и У1C2C) к СУ. Каждая из двух вторичных обмоток соединена с отводами секций обмоток управления и клеммами преобразователей. У трансформатора ТA одна вторичная обмотка соединена с отводами A2 и A6 и одновременно - с клеммами преобразователя A2 и A6, вторая - с отводами A3 и A7 и одновременно с клеммами преобразователя A3 и A7. У трансформатора ТB одна вторичная обмотка соединена с отводами B2 и B6 и клеммами B2 и B6, вторая - с отводами B3 и B7 и клеммами B3 и B7. У трансформатора ТC одна вторичная обмотка соединена с отводами C2 и C6 и клеммами C2 и C6, вторая - с отводами C3 и C7 и клеммами C3 и C7.

Преобразователи и изолирующие трансформаторы размещаются на сборочной панели 19, закрепленной на выемной части (фиг.2). Выемная часть - магнитная система реактора (магнитопровод и шунты) с обмотками и конструктивными элементами запрессовки - размещается в баке с маслом.

Рассмотрим работу реактора.

Реактор подключается к трехфазной сети вводами A, B и C, на обмотки реактора подается напряжение сети.

Для перевода реактора в режим минимальной мощности - режим холостого хода - система управления СУ обеспечивает на выводах У1A2A, У1B2B и У1C2C минимальное сопротивление. Так как изолирующие трансформаторы ТA, ТB и ТC оказываются при этом в режиме короткого замыкания, а их сопротивление рассеяния мало, отводы секций обмоток A2 и A3, A6 и A7, B2 и B3, B6 и B7, C2 и C3, C6 и C7 оказываются практически попарно закороченными. При этом каждый из преобразователей П1A и П2A, П1B и П2B, П1C и П2C практически закорачивается, и подмагничивание стержней магнитопровода отсутствует.

В случае, когда система управления СУ к отводам У1A2A, У1B2B и У1C2C подсоединяет максимальное сопротивление, реактор переходит в режим максимальной мощности - режим полнопериодного насыщения стержней. Это происходит из-за того, что к отводам секций обмоток A2 и A3, A6 и A7, B2 и B3, B6 и B7, C2 и C3, C6 и C7 подключаются диоды Д преобразователей П1A, П2A, П1B, П2B, П1C и П2C.

Промежуточные режимы от режима холостого хода до режима максимальной мощности обеспечиваются системой управления СУ по заданной программе (например, для стабилизации напряжения сети) или при ручной регулировке. При этом режим номинальной мощности, как правило, задается для одного из промежуточных режимов - режима реактора с полупериодным насыщением. В этом режиме сталь каждого стержня реактора находится в насыщенном состоянии половину периода. Для такого режима характерны не только минимальные (теоретически нулевые) искажения тока реактора высшими гармониками, но и оптимальная затрата активных материалов и оптимальные потери в обмотках.

Между СУ (она расположена на пульте управления в помещении) и преобразователями установлены изолирующие трансформаторы, обеспечивающие отсутствие гальванической связи и повышенную безопасность персонала и низковольтной аппаратуры от возможного попадания на СУ высокого напряжения сети (например, при аварийных ситуациях). Преобразователи вместе с изолирующими трансформаторами размещены на панели 19 в баке реактора, находящегося на открытой площадке подстанции.

В участках среднего горизонтального ярма 13 магнитопровода выполнены немагнитные зазоры 14 и 15. Эти зазоры необходимы для того, чтобы расширить пределы регулирования мощности реактора. Величина немагнитных зазоров должна быть минимальной, при проектировании реактора выбирается из технологических возможностей производства и обычно составляет доли или единицы миллиметров.

В магнитопроводе величина немагнитного зазора в крайних участках среднего ярма Δкрайн должна быть меньше величины немагнитного зазора в средних участках этого ярма Δсредн в (1,5÷3) раза, т.е.

1,5<(Δсредн/(Δкрайн)<3.

Верхняя граница не должна быть превышена, иначе магнитный поток рассеяния в крайних вертикальных частях шунта будет снижен, а в средних будет увеличен. Также должна быть соблюдена нижняя граница, иначе магнитный поток рассеяния будет увеличен в вертикальных крайних частях шунта, в средних вертикальных частях шунта будет снижен. Выполнение оптимального соотношения размеров зазоров позволяет получить благоприятное распределение магнитных индукций по стержням, ярмам и шунтам, а также минимальный расход стали при максимальной эффективности шунтов с точки зрения разгрузки основного магнитопровода реактора и снижения добавочнбых потерь в элементах конструкции и стенке бака.

Важное значение имеет выбор площади сечения стали всех участков магнитопровода.

Соотношение между сечением стали участков среднего ярма Sср.яр и сечением стержней S должно быть выбрано в пределах

0,9<(Sср.яр/S)<1,3.

Соотношение между сечением стали всех других участков ярем Sяр и сечением стержней S - должно быть выбрано в пределах

0,7<(Sяр/S)<0,9.

Если сечение стали ярем превышает максимальную границу, то реактор получается с увеличенным расходом стали в ярмах. Если сечение стали ярем менее минимального значения, то в ярмах реактора в определенных режимах его работы возникает насыщение стали. Это ведет к неблагоприятным явлениям - возрастанию добавочных потерь на вихревые токи в элементах конструкции, увеличению нелинейных искажений в токе реактора.

Магнитные шунты 16 эффективно «канализируют» магнитный поток рассеяния, который возникает при протекании в обмотках тока, т.е. во всех режимах при подмагничивании стержней. Магнитный поток рассеяния циркулирует в осевом направлении внутри обмоток и замыкается по ярмам магнитной системы и по магнитным шунтам. Если магнитные шунты 16 отсутствуют, то магнитный поток замыкается по элементам конструкции и стенке бака, вызывая в них вихревые токи, добавочные потери и недопустимые нагревы. Для эффективного замыкания магнитного потока в шунтах предусмотрены средние продольные вертикальные участки 18, расположенные между обмотками. Эти два дополнительных (по сравнению с прототипом) вертикальных участка необходимы для оптимального распределения магнитных потоков рассеяния и снижения общего расхода стали в шунтах и магнитопроводе.

Сечение стали магнитных шунтов должно быть тем больше, чем больше радиальный размер обмоток, т.к. при нагрузке реактора возникает увеличенный магнитный поток рассеяния (по сравнению с магнитным потоком в стержнях и ярмах магнитопровода в режиме холостого хода).

Соотношение между сечением стали всех частей каждого из магнитных шунтов Sш, и сечением стержней S должно быть выбрано в пределах

0,07<(Sш/S)<0,3.

Если сечение стали магнитных шунтов выбрать больше максимальной величины заданного соотношения, то получается перерасход стали. Если сечение стали шунтов меньше минимального значения, то шунты становятся мало эффективными и не экранируют поток рассеяния обмоток. Это ведет к неблагоприятным явлениям - возрастанию магнитной индукции в магнитопроводе, основных потерь в стали и добавочных потерь в элементах конструкции.

Предложенная усовершенствованная по сравнению с прототипом «трехоконная» конструкция шунтов обеспечивает оптимальное распределение магнитных потоков реактора, а следовательно, и оптимальный расход стали в магнитной системе.

Все рассмотренные пределы оптимальных соотношений размеров были определены в результате анализа многочисленных расчетов на математических моделях управляемых подмагничиванием реакторов в широком диапазоне варьирования их параметров. В случае необходимости экспертизе могут быть предоставлены подробные результаты этих расчетов.

Высоковольтный реактор обычно выполняется с масляным охлаждением. Выемная часть - магнитная система реактора (магнитопровод и шунты) с обмотками и конструктивными элементами запрессовки - размещается в баке с маслом, а вводы реактора - на крышке бака. Преобразователи и изолирующие трансформаторы размещаются в том же баке на сборочной панели, укрепленной на выемной части.

Работоспособность предлагаемого реактора и его высокие технико-экономические показатели подтверждены расчетами, физическим моделированием, результатами испытаний опытных образцов аналогичных конструкций. В предложенном реакторе по сравнению с аналогами и прототипом уменьшен расход стали, снижены потери, увеличена надежность, а также трудозатраты при изготовлении, снижены габариты и масса. На ближайшее время намечено изготовление опытных образцов для серийного производства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Брянцев A.M. «Электрический реактор с подмагничиванием». Патент RU №2324251, заявка: 2006146290/09, 26.12.2006. Опубликовано: 10.05.2008.

2. Брянцев A.M. «Электрический реактор с подмагничиванием». Патент RU №2324250, заявка: 200614529909, 20.12.2006. Опубликовано: 10.05.2008.

Электрический трехфазный реактор с подмагничиванием, магнитная система которого выполнена из шихтованных листов электротехнической стали и содержит магнитопровод с соосно расположенными тремя верхними и тремя нижними вертикальными стержнями, на которых размещены двухсекционные обмотки, верхние, нижние и средние горизонтальные и два боковых вертикальных ярма, причем горизонтальные ярма имеют два средних и два крайних участка, четыре магнитных шунта в виде прямоугольных рам с горизонтальными и вертикальными участками, причем горизонтальные участки шунтов расположены на торцах обмоток вдоль верхнего, среднего и нижнего ярем, а замыкающие их вертикальные участки расположены вдоль боковых ярем, а также реактор содержит управляемые полупроводниковые преобразователи из диодов и резисторов и систему управления, причем упомянутые обмотки соединены с трехфазной сетью и с преобразователями, отличающийся тем, что в реактор введены трехобмоточные изолирующие трансформаторы, установленные между преобразователями и системой управления, в участках среднего горизонтального ярма магнитопровода выполнены немагнитные зазоры, каждый магнитный шунт имеет два дополнительных вертикальных участка, расположенных между обмотками, соотношение величин немагнитных зазоров магнитопровода в крайних участках среднего ярма Δкрайн. и величин немагнитных зазоров в средних участках среднего ярма Δсредн. составляет
1,5<(Δсредн.крайн.)<3,
соотношение между сечением стали средних участков средних ярем Sср.яр. и сечением стержней S находится в пределах
0,9<(Sср.яр./S)<1,3,
соотношение между сечением стали всех других участков ярем Sяр. и сечением стержней S находится в пределах
0,7<(Sяр./S)<0,9,
соотношение между сечением стали всех частей магнитных шунтов Sш и сечением стержней S находится в пределах
0,07<(Sш/S)<0,3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к устройствам для компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым шунтирующим реакторам-трансформаторам (УШРТ), и может быть использовано для компенсации избыточной реактивной мощности высоковольтной линии электропередачи и изменения в ней в широких пределах общего уровня напряжения.

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве статического компенсатора избыточной реактивной мощности в электрических сетях. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к защите и автоматике энергосистем, и может использоваться для эффективного гашения дуги емкостного тока в цикле однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ) линии электропередач при возникновении однофазных замыканий на землю.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в управляемых подмагничиванием реакторах, устанавливаемых, например, в электрических сетях в качестве шунтирующих реакторов для компенсации реактивной мощности параллельно с конденсаторными батареями и др.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для ограничения тока короткого замыкания в сети. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высоковольтным регулируемым электротехническим комплексам, и может использоваться в высоковольтных электрических сетях напряжением 110-750 кВ для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления внешним магнитным полем постоянного магнита. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим реакторам и трансформаторам, и может быть использовано в устройствах плавного пуска электродвигателей мощных механизмов.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к катушкам индуктивности, используемым при создании различных электронных схем. .

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в компенсаторах реактивной мощности. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электрических управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых, например, в качестве дугогасящих реакторов в сетях с изолированной нейтралью, для компенсации реактивной мощности и т.д.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых, например, в электрической сети в качестве шунтирующих реакторов для компенсации реактивной мощности, параллельно с конденсаторными батареями и др.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электроснабжения. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно в электросетях для регулирования напряжения под нагрузкой. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве встраиваемого узла как средство быстрого немеханического прерывания магнитных потоков в магнитопроводах трансформаторов, электродвигателей, электрогенераторов и других устройств.

Изобретение относится к электротехнике, к силовым трансформаторам, предназначенным для электроснабжения потребителей
Наверх