электрический однофазный реактор (варианты)

Формула изобретения

1. Электрический однофазный реактор, имеющий цилиндрическую однорядную обмотку, отличающийся тем, что над и/или под, и/или снаружи, и/или внутри нее, и/или электрически и механически врезанную в указанную обмотку реактора дополнительно установлена одна или несколько цилиндрических однорядных экранирующих обмоток, витки которых намотаны встречно виткам указанной обмотки реактора и электрически последовательно соединены с ними и между собой, причем оси экранирующих обмоток совпадают с осью обмотки реактора.

2. Электрический однофазный реактор, имеющий цилиндрическую многорядную обмотку, отличающийся тем, что над и/или под, и/или снаружи, и/или внутри нее, и/или электрически и механически врезанная в указанную обмотку реактора дополнительно установлена одна или несколько цилиндрических многорядных экранирующих обмоток, витки которых намотаны встречно виткам указанной обмотки реактора и электрически последовательно соединены с ними и между собой, причем оси экранирующих обмоток совпадают с осью указанной обмотки реактора.

3. Электрический однофазный реактор, имеющий цилиндрическую многослойную обмотку, отличающийся тем, что над и/или под, и/или снаружи, и/или внутри нее обмотки, и/или электрически и механически врезанная в указанную обмотку реактора дополнительно установлена одна или несколько цилиндрических многорядных экранирующих обмоток, витки которых намотаны встречно виткам обмотки реактора и электрически последовательно соединены с ними и между собой, причем оси экранирующих обмоток совпадают с осью указанной обмотки реактора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для ограничения уровней магнитных полей промышленной частоты, создаваемых в окружающем пространстве электрическими однофазными реакторами без ферромагнитного сердечника.

Электрические однофазные реакторы без ферромагнитного сердечника (далее в тексте - реакторы), последовательно включенные в силовую электрическую цепь, создают в окружающем пространстве магнитное поле (МП) промышленной частоты (ПЧ) высокой интенсивности.

Довольно часто электрические однофазные реакторы устанавливаются в помещениях первых этажей административно-технических зданий. На вторых этажах этих зданий могут быть расположены административные помещения или помещения с электронно-техническим оборудованием (аппаратура релейной защиты и автоматики). Высокие уровни МП ПЧ, создаваемые токами электрических однофазных реакторов, неблагоприятно влияют на здоровье персонала и работу оборудования.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) по напряженности МП ПЧ, в котором персонал может пребывать в течение: не более 1 часа - 1600 А/м, в течение 2-х часов - не более 800 А/м, 4-х часов - не более 400 А/м и 8 часов (рабочий день) - не более 80 А/м (СанПиН 2.2.4.1191-03 "Электромагнитные поля в производственных условиях". М.: Минздрав России, 2003. - 26 с.).

Нормируемые уровни воздействия (НУВ) МП ПЧ по помехоустойчивости для степени жесткости испытания: 1-я - 1 А/м, 2-я - 3 А/м, 3-я 10 А/м, 4-я - 30 А/м и 5-ая - 100 А/м (Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях. (Стандарт организации СО 34.35.311-2004. - М.: Российское ОАО энергетики и электрификации "ЕЭС России". Издательство МЭИ, 2004. - 77 с. (с.32-33, 60)).

В настоящее время большое внимание уделяется созданию компактных распределительных устройств, в которых подстанционное оборудование располагается в помещениях на малой площади. В этом случае также необходимо снижать уровни напряженности МП, создаваемые силовым оборудованием, в том числе и электрическими однофазными реакторами.

Известен электрический однофазный реактор, имеющий цилиндрическую однорядную обмотку (см. Проспект "Электрические реакторы" М., ОАО "Электрозавод", 2002 г. с.4-6) (прототип).

Однако данный электрический однофазный реактор создает в окружающем пространстве МП ПЧ, не отвечающие требованием ПДУ для персонала и НУВ по помехоустойчивости.

Задачей настоящего изобретения является ограничение уровней магнитных полей промышленной частоты, создаваемых в окружающем пространстве электрическими однофазными реакторами без ферромагнитного сердечника.

Техническим результатом изобретения является возможность создания электрического однофазного реактора, который обеспечивает ограничение уровня напряженности магнитного поля промышленной частоты, создаваемого в окружающем пространстве до уровней, отвечающих требованиям ПДУ и НУВ.

Решение указанной задачи достигается тем, что в электрическом однофазном реакторе, имеющем цилиндрическую однорядную обмотку, над обмоткой, и/или под обмоткой, и/или снаружи обмотки, и/или врезанная в обмотку реактора дополнительно установлена одна или несколько цилиндрических однорядных экранирующих обмоток, витки которых намотаны встречно виткам обмотки реактора и электрически последовательно соединены с ними и между собой, причем оси экранирующих обмоток совпадают с осью обмотки реактора, при этом для обмотки реактора и всех экранирующих обмоток число витков, шаг намотки, радиусы витков, расстояния от верхнего и/или нижнего торца обмотки реактора и число экранирующих обмоток выбирают такими, чтобы напряженность магнитного поля в окружающем реактор пространстве была минимальной, а полная индуктивность реактора соответствовала заданной. При этом одна, несколько или все экранирующие обмотки могут быть выполнены многослойными и/или многорядными.

В другом варианте решение указанной задачи достигается тем, что в электрическом однофазном реакторе, имеющем цилиндрическую многослойную обмотку, над обмоткой, и/или под обмоткой, и/или снаружи обмотки, и/или врезанная в обмотку реактора дополнительно установлена одна или несколько цилиндрических многослойных экранирующих обмоток, витки которых намотаны встречно виткам обмотки реактора и электрически последовательно соединены с ними и между собой, причем оси экранирующих обмоток совпадают с осью обмотки реактора, при этом для обмотки реактора и всех экранирующих обмоток число слоев, шаг по слоям, число витков в слое, шаг по виткам, радиусы внутренних витков в слое, число параллельных, выполненных с транспозицией ветвей, расстояния от верхнего и/или нижнего торца обмотки реактора и число экранирующих обмоток выбирают такими, чтобы напряженность магнитного поля в окружающем реактор пространстве была минимальной, а полная индуктивность реактора соответствовала заданной. При этом одна, несколько или все экранирующие обмотки могут быть выполнены однорядными и/или многорядными.

В третьем варианте решение указанной задачи достигается тем, что в электрическом однофазном реакторе, имеющем цилиндрическую многорядную обмотку, над обмоткой, и/или под обмоткой, и/или снаружи обмотки, и/или врезанная в обмотку реактора дополнительно установлена одна или несколько цилиндрических многорядных экранирующих обмоток, витки которых намотаны встречно виткам обмотки реактора и электрически последовательно соединены с ними и между собой, причем число рядов, шаг по рядам, число витков в ряду, шаг по виткам в ряду, радиусы внутренних рядов, число параллельных, выполненных с транспозицией ветвей, расстояния от верхнего и/или нижнего торца обмотки реактора и число экранирующих обмоток выбирают такими, чтобы напряженность магнитного поля в окружающем реактор пространстве была минимальной, а полная индуктивность реактора соответствовала заданной. При этом одна, несколько или все экранирующие обмотки выполнены однорядными и/или многослойными.

Изобретение пояснено чертежами.

На фиг.1 - изображен электрический однофазный реактор, общий вид.

На фиг.2 - обмотка электрического однофазного реактора с током I_P.

На фиг.3 - разложение полного тока I_P электрического однофазного реактора на составляющие I и I_Z.

На фиг.4 - определение величин составляющих I и I_Z полного тока I _P электрического однофазного реактора.

На фиг.5 - стопка круговых витков с током I .

На фиг.6 - полый цилиндр с током I _Z равномерной плотности J_Z.

На фиг.7 - составляющие напряженности магнитного поля (МП), создаваемого составляющей I полного тока электрического однофазного реактора.

На фиг.8 - определение составляющей МП электрического однофазного реактора.

На фиг.9 - распределение напряженности H_ZP, H _RP, Н _P и Н МП, создаваемого полным током I _P электрического однофазного реактора на уровне z=0,1 м.

На фиг.10 - распределение напряженности Н _P МП, создаваемого током электрического однофазного реактора на уровне z=0,1 м.

На фиг.11 - распределение Н _P создаваемого током I_P на уровнях 3 м, 4 м, 4,6 м, 5 м и 6 м.

На фиг.12 - изменение Н _P над электрического однофазного реактором на его оси.

На фиг.13 - распределение Н_P при R, равном 2 м и изменении z от 0 м до -1 м.

На фиг.14 - распределение Н_P при R, равном 4 м и изменении z от 0 м до -1 м.

На фиг.15 - расположение верхней экранирующей обмотки над реакторной обмоткой.

На фиг.16 - ограничение напряженности МП, создаваемое электрическим однофазным реактором, с помощью экранирующей обмотки, установленной над обмоткой реактора.

На фиг.17 - распределение Н_P и Н _PK сверху над электрическим однофазным реактором при z=3 м и изменении R от 0 м до 7 м.

На фиг.18 - распределение Н_P и Н_PK сбоку от реактора при R=3 м и изменении z от 4 м до -5 м.

На фиг.19 - схема расположения верхней и нижней экранирующих обмоток над и под реакторной обмоткой.

На фиг.20 - структура расположения верхней и нижней экранирующих обмоток над и под реакторной обмоткой.

На фиг.21 - распределение напряженности Н_P , Н_PK и Н_PKM сбоку от электрического однофазного реактора при R=3 м и изменении z от 4 м до -5 м.

На фиг.22 - распределение напряженности Н_P, Н_PK и Н _PKM сверху над электрическим однофазным реактором при z=3 м и изменении R от 0 м до 7 м.

На фиг.23 - распределение Н на уровне z=3 м, при К=11 витков, k=0,05 м, g _K=0,2 м и изменении R от 0 м до 7 м для значений R _0ЭК=0,54 м, 0,55 м, 0,56 м, 0,57 м, 0,58 м, 0,59 м и 0,60 м.

На фиг.24 - границы изменения Н сбоку от электрического однофазного реактора для R=3 м и изменении z от 4 м до -5 м при R_0ЭК=0,54 м, 0,55 м, 0,56 м, 0,57 м, 0,58 м, 0,59 м и 0,60 м.

На фиг.25 - распределение Н сверху от реактора при z=3 м и изменении R от 0 м до 7 м для R _0ЭК=R_0ЭК=0,55 м, 0,56 м, 0,57 м, 0,58 м, 0,59 м.

На фиг.26 - распределение Н сбоку от электрического однофазного реактора при R=3 м и изменении z от 4 м до -5 м для R_0ЭК=R_0ЭК=0,55 м, 0,56 м, 0,57 м, 0,58 м, 0,59 м.

На фиг.27 - распределение Н над электрическим однофазным реактором при z=3 м и изменении R от 0 м до 7 м для R_0ЭК=R _0ЭК=0,55 м, 0,54 м, 0,53 м, 0,52 м, 0,51 м 0,50 м.

Фиг.28 - распределение Н сбоку от электрического однофазного реактора при R=3 м и изменении z от 4 м до -5 м для R _0ЭК=R_0ЭК=0,55 м, 0,54 м, 0,53 м, 0,52 м, 0,51 м 0,50 м.

На фиг.29 - расположение верхней, нижней экранирующих обмоток над и под реакторной обмоткой, а также экранирующей обмотки внутри обмотки реактора.

На фиг.30 - расположение верхней, нижней экранирующих обмоток над и под реакторной обмоткой, а также экранирующей обмотки снаружи обмотки реактора.

На фиг.31 - распределение напряженности Н МП сверху от электрического однофазного реактора на уровне z=3 м при изменении R от 0 м до 7 м, создаваемого током, протекающим в обмотке реактора, верхней и нижней экранирующих обмотках, а также в экранирующей обмотке, расположенной внутри обмотки реактора.

На фиг.32 - распределение напряженности Н МП сбоку от электрического однофазного реактора при R=3 м при изменении z от 4 м до -5 м, создаваемого током, протекающим в обмотке реактора, верхней и нижней экранирующих обмотках, а также в экранирующей обмотке, расположенной внутри обмотки реактора.

На фиг.33 - распределение напряженности Н МП сверху от электрического однофазного реактора на уровне z=3 м при изменении R от 0 м до 7 м, создаваемого током, протекающим в обмотке реактора, верхней и нижней экранирующих обмотках, а также в экранирующей обмотке, расположенной снаружи обмотки реактора.

На фиг.34 - распределение напряженности Н МП сбоку от электрического однофазного реактора при R=3 м при изменении z от 4 м до -5 м, создаваемого током, протекающим в обмотке реактора, верхней и нижней экранирующих обмотках, а также в экранирующей обмотке, расположенной снаружи обмотки реактора.

На фиг.35 - распределение напряженности Н МП сверху от электрического однофазного реактора на уровне z=3 м при изменении R от 0 м до 7 м, создаваемого током, протекающим в обмотке реактора и экранирующей обмотке, расположенной снаружи обмотки реактора.

На фиг.36 - распределение напряженности Н МП сбоку от электрического однофазного реактора при R=3 м при изменении z от 4 м до -5 м, создаваемого током, протекающим в обмотке реактора и экранирующей обмотке, расположенной снаружи обмотки реактора.

На фиг.37 - электрическое и механическое врезание экранирующих обмоток в обмотку реактора.

На фиг.38 - распределение на уровне z=3 м напряженности МП над обмоткой реактора, состоящей из четырех частей с тремя врезанными экранирующими обмотками.

На фиг.39 - распределение на уровне R=3 м напряженности МП сбоку от обмотки реактора, состоящей из четырех частей с тремя врезанными экранирующими обмотками.

На фиг.40 - электрическое и механическое врезание экранирующих обмоток в обмотку реактора и установка верхней и нижней экранирующих обмоток.

На фиг.41 - распределение на уровне z=3 м напряженности МП над обмоткой реактора, состоящей из четырех частей с тремя врезанными экранирующими обмотками при установке верхней и нижней экранирующих обмоток.

На фиг.42 - распределение на уровне R=3 м напряженности МП сбоку от обмотки реактора состоящей из четырех частей с тремя врезанными экранирующими обмотками при установке верхней и нижней экранирующих обмоток.

На фиг.43 - расположение витков многослойного токоограничивающего реактора.

На фиг.44 - токоограничивающий электрический однофазный реактор РТОС-10-2500.

На фиг.45 - расположение витков многослойной обмотки реактора, состоящей из одной ветви.

На фиг.46 - транспозиция витков двух параллельных ветвей по положению в слоях.

На фиг.47 - транспозиция витков трех параллельных ветвей по положению в слоях.

На фиг.48 - порядная транспозиция витков параллельных ветвей.

На фиг.49 - многослойная обмотка реактора с установленными многослойными верхней и нижней экранирующими обмотками.

На фиг.50 - распределение напряженности Н _P, Н_PK и Н_PKM сверху от многослойного реактора на уровне z=3 м при изменении R от 0 м до 7 м и при установке многослойных верхней и нижней экранирующих обмоток.

На фиг.51 - распределение напряженности Н_P, Н_PK и Н _PKM сбоку от многослойного реактора на расстоянии R=3 м при изменении z от 4 м до -5 м и при установке многослойных верхней и нижней экранирующих обмоток.

На фиг.52 - многослойная обмотка реактора с установленной одной многослойной средней экранирующей обмоткой.

На фиг.53 - распределение напряженности Н _P и Н_PV сверху от многослойного электрического однофазного реактора на уровне z=3 м при изменении R от 0 м до 7 м и при установке многослойной средней экранирующей обмотки.

На фиг.54 - распределение напряженности Н_P и H_PV сбоку от многослойного электрического однофазного реактора на расстоянии R=3 м при изменении z от 4 м до -5 м при установке многослойной средней экранирующей обмотки.

На фиг.55 - расположение многослойных экранирующих обмоток верхней, нижней и одной средней, установленной снаружи многослойной обмотки электрического однофазного реактора.

На фиг.56 - распределение Н над многослойным электрическим однофазным реактором на уровне z=3 м при установке многослойных экранирующих обмоток верхней, нижней и одной средней, размещенной снаружи многослойной обмотки электрического однофазного реактора.

На фиг.57 - распределение Н над многослойным электрическим однофазным реактором на расстоянии R=3 м при установке многослойных экранирующих обмоток верхней, нижней и одной средней, размещенной снаружи многослойной обмотки реактора.

На фиг.58 - многослойный электрический однофазный реактор, обмотка которого разбита на три части, в места разбивки установлены две средние многослойные экранирующие обмотки, а сверху и снизу - верхняя и нижняя многослойные экранирующие обмотки.

На фиг.59 - распределение Н на уровне z=3 м сверху над многослойным электрическим однофазным реактором, обмотка которого разбита на три части, в места разбивки установлены две средние многослойные экранирующие обмотки, а сверху и снизу - верхняя и нижняя многослойные экранирующие обмотки. На фиг.60 - распределение Н на расстоянии R=3 м сбоку от электрического однофазного реактора, многослойная обмотка которого разбита на три части, в места разбивки установлены две средние многослойные экранирующие обмотки, а сверху и снизу - верхняя и нижняя многослойные экранирующие обмотки. На фиг.61 - распределение Н на уровне z=3 м сверху над электрическим однофазным реактором, многослойная обмотка которого разбита на три части, в места разбивки установлены две средние многослойные экранирующие обмотки, а сверху и снизу - верхняя и нижняя многослойные экранирующие обмотки, все обмотки имеют G=2 параллельных ветвей. На фиг.62 - распределение Н на расстоянии R=3 м сбоку от электрического однофазного реактора, многослойная обмотка которого разбита на три части, в места разбивки установлены две средние многослойные экранирующие обмотки, а сверху и снизу - верхняя и нижняя многослойные экранирующие обмотки, все обмотки имеют G=2 параллельных ветвей. На фиг.63 - многорядная обмотка электрического однофазного реактора. На фиг.64 - вертикальная компоновка электрических однофазных реакторов в трехфазную группу. На фиг.65 - горизонтальная компоновка электрических однофазных реакторов в трехфазную группу. На фиг.66 - ступенчатая компоновка электрических однофазных реакторов в трехфазную группу.

Электрический однофазный реактор содержит обмотку 1, верхнюю экранирующую обмотку 2, нижнюю экранирующую обмотку 3, среднюю экранирующую обмотку 4 внутреннюю, среднюю экранирующую обмотку 5 наружную, врезанные экранирующие обмотки 6.

Рассмотрим основные принципы работы электрического однофазного реактора.

Известный однорядный электрический однофазный реактор (см. фиг.1), обмотка 1 которого (см. фиг.2) высотой h _p и толщиной д содержит N витков радиусом R ₀, намотанных с шагом n, центры витков совпадают с осью реактора. h_p=n(N-1) (Проспект "Электрические реакторы" М., ОАО "Электрозавод", 2002 г. с.4-6).

В обмотке электрического однофазного реактора протекает электрический ток , который может быть разложен (см. фиг.3) на составляющие и :

где и - единичные векторы по осям и Z цилиндрической системы координат.

Составляющие I_Z и I находят по выражениям (см. фиг.4):

Тогда обмотка однорядного электрического однофазного реактора может быть представлена в виде стопки круговых витков (см. фиг.5) радиусом R₀, в каждом из которых протекает ток I , и полым цилиндром (см. фиг.6) радиусом R ₀, в стенке которого протекает ток I_Z .

Плотность J_Z тока I _Z в обмотке цилиндра определяют по выражению:

Составляющая I тока реактора создает в пространстве, окружающем реактор, МП, полный вектор напряженности которого имеет составляющие и (см. фиг.7), а плотность тока J_Z - составляющую (см. фиг.8). Значения составляющих МП, создаваемых током реактора определяют по выражениям:

где:

Модуль полного вектора напряженности МП, создаваемого током электрического однофазного реактора, находят по выражению:

На фиг.9 показано распределение напряженности H _Z, H_R, Н _P и Н МП, создаваемого электрическим однофазным реактором с N=27 витков, n=0,0385 м, R₀=0,55 м, д=0,064 м, h_p=1 м, Ip=2500 А, I =2499,82 А, I_Z=27,58 A, и J _Z=125,92 А/мм², для z=0,1 м при изменении R от 0 м до 2 м. Изменение составляющей Н _P на фоне составляющих H_ZP, Н_RP практически не видно, т.к. она имеет очень малые значения. На фиг.10 отдельно показано изменение составляющей Н _P для тех же условий. Значения Н _P меньше значений H_ZP, Н _RP более чем в 10⁴ раз.

На фиг.11 приведены кривые распределения Н для z=3 м, 4 м, 4,6 м, 5 м и 6 м при изменении R от 0 м до 7 м, а на фиг.12 - на оси электрического однофазного реактора (R=0) при изменении z от 3 м до 7 м. На фиг.13 даны кривые изменения Н сбоку от электрического однофазного реактора для R=2 м, а на фиг.14 - для R=4 м при изменении z от 0 м до -1 м.

При номинальном токе соблюдение ПДУ по МП для рассмотренного электрического однофазного реактора достигается: над реактором на расстоянии 4,6 м от его верхнего витка и сбоку от реактора на расстоянии 4 м от его оси. Установка такого электрического однофазного реактора в помещениях первых этажей административно-технических зданий по условию соблюдения ПДУ (Н 80 А/м) и НУВ (даже Н 100 А/м) по МП ПЧ невозможна.

С целью снижения напряженности МП, создаваемого электрическим однофазным реактором в окружающем пространстве, на расстоянии g_K над обмоткой 1 реактора (см. фиг.15) установлена верхняя однослойная экранирующая обмотка 2 высотой h_ЭК (см. фиг.16), содержащая К витков радиусом R_0ЭК, намотанных встречно виткам обмотки 1 реактора с шагом k, и электрически последовательно с ними соединенных, ось которой совпадает с осью обмотки реактора.

В верхней экранирующей обмотке 2, как и в обмотке 1 электрического однофазного реактора, протекает ток Ip. Поскольку составляющие и , создаваемые обмоткой реактора и составляющие и (см. фиг.16), создаваемые верхней экранирующей обмоткой 2, направлены встречно, то модуль результирующего вектора напряженности МП будет иметь меньшее значение, чем модуль вектора , создаваемого обмоткой 1 реактора.

Значение составляющих напряженности МП в этом случае определяют по выражениям:

На фиг.17 показаны кривые изменения Н _P и Н_PK для 0 м R 7 м при z=3 м сверху от электрического однофазного реактора над экранирующей обмоткой 2, расположенной над обмоткой 1 реактора на расстоянии g_K=0,2 м, имеющей число витков К=11 радиусом R_0ЭК=R₀ =0,55 м, намотанных с шагом k=0,05 м. Применение верхней экранирующей обмотки 2 позволяет уменьшить напряженность МП над реактором при z=3 м почти в 5 раз. Максимальное значение Н _PK 50 А/м располагается по кругу на расстоянии R=2 м от оси реактора.

На фиг.18 приведены кривые изменения Н _P и Н_PK сбоку от электрического однофазного реактора для R=3 м при изменении z от 4 м до -5 м. Применение верхней экранирующей обмотки 2 позволяет уменьшить напряженность МП сбоку от реактора при R=3 м только в 1,2 раза.

С целью снижения напряженности МП сбоку от электрического однофазного реактора и уменьшения зоны с максимальным значением Н _PK над реактором, под реактором (см. фиг.19) на расстоянии g_M дополнительно установлена нижняя однослойная экранирующая обмотка 3 высотой h_ЭМ (см. фиг.20), содержащая М витков радиусом R_0ЭМ , намотанных встречно виткам обмотки реактора с шагом m, и электрически последовательно с ними соединенных, ось которой совпадает с осью обмотки реактора.

Значение составляющих напряженности МП в случае применения как верхней, так и нижней экранирующих обмоток, определяют по выражениям:

На фиг.21 показаны кривые изменения напряженности МП сбоку от электрического однофазного реактора для R=3 м при изменении z от 4 м до -5 м: Н_P - МП реактора не экранировано, Н_PK - МП экранировано с помощью верхней экранирующей обмотки и Н_PKM - МП экранировано с помощью как верхней, так и нижней экранирующих обмоток. Применение как верхней, так и нижней экранирующих обмоток позволяет уменьшить напряженность МП сбоку от реактора при R=3 м более чем в 2 раза.

На фиг.22 даны кривые изменения Н _P, Н_PK и Н_PKM сверху над электрическим однофазным реактором для z=3 м при изменении R от 0 м до 7 м. В результате применения как верхней, так и нижней экранирующих обмоток, максимальные значения Н _PKM и Н_PK примерно равны, но сам максимум смещается на ось реактора, что значительно уменьшает занимаемую им зону.

Экранирующие свойства обмотки 2 зависят от расстояния g_K ее установки, числа витков К, шага намотки k и радиуса витков R_0ЭК . На фиг.23 показано распределение Н сверху над реактором на уровне z=3 м, при К=11 витков, k=0,05 м, g_K =0,2 м и изменении R от 0 м до 7 м для значений R _0ЭК=0,54 м, 0,55 м, 0,56 м, 0,57 м, 0,58 м, 0,59 м и 0,60 м. Обмотка 1 электрического однофазного реактора имеет параметры: N=27 витков, n=0,0386 м и R₀=0,55 м. Наибольшее значение Н изменяется от 50 А/м при R_0ЭК =0,54 м до 37 А/м при R_0ЭК=0,59 м. Рассмотренное изменение R_0ЭК сказывается на распределение Н сбоку от обмотки реактора незначительно. На фиг.24 показаны границы изменения Н сбоку от реактора для R=3 м и изменении z от 4 м до -5 м при R_0ЭК=0,54 м, 0,55 м, 0,56 м, 0,57 м, 0,58 м, 0,59 м и 0,60 м. Для всех значений z напряженность Н имеет наибольшие значения при R _0ЭК=0,54 м и наименьшие - при R_0ЭК =0,5 м. Для всех других R_0ЭК значения Н находятся внутри области, ограниченной кривыми, показанными на фиг.24.

При установке двух экранирующих обмоток 2,3 с числом витков М=К=11 витков, шагом намотки m=k=0,05 м, расстоянием от обмотки 1 реактора g_M=g _K=0,2 м сверху и снизу от реактора увеличение радиусов R_0ЭК=R_0ЭM приводит к росту Н в области над электрическим однофазным реактором. На фиг.25 приведены кривые распределения Н при z=3 м и изменении R от 0 м до 7 м для R_0ЭК=R _0ЭM=0,55 м, 0,56 м, 0,57 м, 0,58 м, 0,59 м. При изменении R_0ЭК=R_0ЭM от 0,55 м до 0,59 м Н возрастает от 47 А/м до 87 А/м. Однако сбоку от реактора значение Н уменьшается (см. фиг.26) от 93 А/м до 44 А/м.

При уменьшении R_0ЭК=R _0ЭM в области над электрическим однофазным реактором значения Н уменьшаются. На фиг.27 показано распределение Н над реактором при z=3 м и изменении R от 0 м до 7 м для R_0ЭК =R_0ЭМ=0,55 м, 0,54 м, 0,53 м, 0,52 м, 0,51 м 0,50 м. В этом случае происходит уменьшение Н от 47 А/м при R_0ЭК=R_0ЭМ=0,55 м до 28 А/м при R_0ЭК=R_0ЭМ =0,53 м. Сбоку же от реактора (см. фиг.28) значения напряженности Н увеличиваются от 87 А/м при R_0ЭК=R _0ЭМ=0,55 м до 118 А/м при R_0ЭК=R _0ЭМ=0,50 м.

Таким образом, увеличивая или уменьшая R_0ЭК и R_0ЭM, можно менять приоритетность зон экранирования сверху или сбоку от электрического однофазного реактора.

С целью дальнейшего снижения напряженности МП, создаваемого током обмотки электрического однофазного реактора в окружающем пространстве, снаружи и/или внутри обмотки реактора на расстоянии g_V от плоскости верхнего витка обмотки реактора дополнительно расположены внутри (см. фиг.29) и/или снаружи (см. фиг.30) обмотки реактора одна или несколько средних экранирующих обмоток 4 и 5, содержащих v витков радиусом R_0V , намотанных встречно виткам обмотки реактора с шагом v , и электрически последовательно соединенных между собой и витками обмотки реактора, при этом оси средних экранирующих обмоток 4, 5 совпадают с осью обмотки 1 реактора. Средние экранирующие обмотки 4,5 электрически последовательно включены в обмотку реактора в местах их установки, но механически не разбивают ее на отдельные части.

Значение составляющих напряженности МП в случае применения верхней, нижней и средних экранирующих обмоток, определяют по выражениям:

На фиг.31 показано распределение напряженности Н МП, создаваемого над реактором на уровне z=3 м при изменении R от 0 м до 7 м, а на фиг.32 - сбоку от реактора при R=3 м и изменении z от 4 м до -5 м, током реактора, протекающим в обмотке 1 реактора с числом витков N=27, радиусом витков R _0N=0,55 м, намотанных с шагом n=0,0386 м, в верхней и нижней экранирующих обмотках 2 и 3 с числом витков К=М=6, R _0K=R_0M=0,55 м, k=m=0,05 м, g _K=g_M=0,2 м, а также в одной средней экранирующей обмотке с числом витков V=20, R_0V =0,45 м, v=0,05 м, g_V=0,05 м, расположенной внутри обмотки реактора. На фиг.31 и 32: Н_P - напряженность экранированного МП, создаваемого током обмотки электрического однофазного реактора, Н_PKM - напряженность МП, экранированного только верхней и нижней экранирующими обмотками 2, 3, Н_PKMV - напряженность МП, экранированного верхней, нижней экранирующими обмотками 2, 3, а также экранирующей обмоткой 4, расположенной внутри обмотки реактора. Применение экранирующих обмоток верхней 2, нижней 3 и экранирующей обмотки 4, расположенной внутри обмотки электрического однофазного реактора, позволяет уменьшить значение напряженности МП сверху от реактора на уровне z=3 м в 12 раз (с 240 А/м до 20 А/м), а сбоку от реактора на расстоянии R=3 м - в 5,3 раза (со 187 А/м до 35 А/м).

На фиг.33 показано распределение напряженности Н МП, создаваемого над тем же электрическим однофазным реактором на уровне z=3 м при изменении R от 0 м до 7 м, а на фиг.34 - сбоку от него при R=3 м и изменении z от 4 м до -5 м, но в данном случае средняя экранирующая обмотка 5 расположена снаружи обмотки реактора и имеет следующие параметры: V=7 витков, v=0,05 м, R_0V=0,75 м и g _V=0,35 м. Расположение средней экранирующей обмотки 5 снаружи обмотки реактора позволяет не только уменьшить число ее витков, но и повышает увеличить экранирующий эффект: сверху от реактора при z=3 м Н снижается в 30,7 раза (с 249 А/м до 7,8 А/м), а сбоку - в 6,3 раза (с0 187 А/м до 29,7 А/м).

Экранирование МП, создаваемого током в обмотке реактора, возможно с использованием только экранирующих обмоток 4, 5, установленных внутри или снаружи обмотки 1 реактора, но эффективность экранирования в этом случае значительно ниже, что видно из фиг.35 и 36: кривая Н _P - неэкранированное МП обмотки реактора, H _PV - МП экранировано одной экранирующей обмоткой 5 с ранее рассмотренными параметрами, установленной снаружи обмотки 1 электрического однофазного реактора.

Экранирующие обмотки 6 могут быть врезаны как электрически, так и механически в обмотку 1 электрического однофазного реактора, которая в этом случае будет разбита на (частей с числом витков N каждая. На фиг.37 обмотка 1 электрического однофазного реактора разбита на четыре части, для каждой части обмотки N ₁=N₂=N₃=N ₄=5 витков, R₀₁=R ₀₂=R₀₃=R₀₄=0,55 м, n₁=n₂=n ₃=n₄=0,04 м, h_N1 =h_N2=h_N3=h _N4=0,16 м, g_N2=0,38 м, g _N3=0,76 м, g_N4=1,14 м. Между частями обмотки 1 реактора установлены три экранирующие обмотки 6 с V ₁=V₂=V₃=4 витка, R_0V1=R_0V2=R _0V3=0,55 м, v₁=v₂ =v₃=0,04 м, h_V1=h _V2=h_V3=0,12 м, g_V1 =0,21 м, g_V2=0,59 м, g_V3 =0,97 м, витки которых намотаны встречно относительно намотки витков обмотки 1 реактора. Расстояние (см. фиг.37) между частями обмотки 1 реактора и экранирующими обмотками составляет 0,05 м. Все части обмотки 1 электрического однофазного реактора и экранирующие обмотки 6 электрически соединены между собой последовательно. В полученной цепи притекает ток I_P=2500 А. На фиг.38 показано распределение напряженности Н МП, создаваемого над электрическим однофазным реактором для z=3 м и изменении R от 0 м до 7 м, а на фиг.39 - сбоку от реактора для R=3 м и изменении z от 4 м до 15,3 м: частями обмотки 1 реактора без экранирования - кривая Н _P и при экранировании МП с помощью экранирующих обмоток 6 - кривая Н_PV. Такая конструкция позволяет снизить напряженность МП над электрическим однофазным реактором на уровне z=3 м в 2,4 раза (с 162,9 А/м до 68,7 А/м), и в 2,7 раза (с 132,3 А/м до 49,4 А/м) сбоку от реактора для R=3 м.

С целью дальнейшего снижения напряженности Н МП в окружающем электрический однофазный реактор пространстве дополнительно над и под обмоткой реактора с врезанными в нее экранирующими обмотками 6 (см. фиг.40) установим экранирующие обмотки 2 и 3 с К=М=4 витка, k=m=0,04 м, R_0K=R_0M =0,55 м, g_K=0,05 м, g_M =1,35 м и =0,05 м. На фиг.41 показано распределение напряженности Н МП, создаваемого над электрическим однофазным реактором для z=3 м и изменении R от 0 м до 7 м, а на фиг.42 - сбоку от реактора для R=3 м и изменении z от 4 м до 15,3 м: частями обмотки 1 реактора без экранирования - кривая Н_P, при экранировании МП с помощью экранирующих обмоток 6 - кривая Н _PV и при экранировании МП с помощью экранирующих обмоток 6, 2 и 3 - кривая Н_PVKM. Дополнительная установка экранирующих обмоток 2 и 3 позволяет снизить напряженность неэкранированного МП над реактором на уровне z=3 м в 20,4 раза (с 162,9 А/м до 8,0 А/м), и в 19,4 раза (с 132,3 А/м до 6,8 А/м) сбоку от реактора для R=3 м.

Обмотка 1 многослойного, например токоограничивающего, электрического однофазного реактора имеет N слоев (см. фиг.43 и 44). Если обмотка содержит одну ветвь (см. фиг.45), то витки общим числом P_N каждого слоя и слоев между собой соединены последовательно. Если обмотка содержит две и более G параллельных ветвей, то, с целью выравнивания сопротивлений ветвей, а значит, и величин токов в них, делают как транспозицию витков по положению в слое (см. фиг.46 и 47), так и порядную транспозицию (см. фиг.48).

Составляющие напряженности МП, создаваемого током многослойного электрического однофазного реактора, определяют по выражениям:

Для многослойных экранирующих обмоток составляющие напряженности МП, создаваемого током I_P , определяют по выражениям:

Где: R₀ - радиус крайнего внутреннего витка в слое обмотки ,

R₀ - шаг между соседними витками в слое обмотки .

Результирующие значения составляющих напряженности МП находят по выражениям:

где: и - суммы составляющих, соответственно, по осям Z и R напряженности МП, создаваемого токами установленных экранирующих обмоток.

На фиг.49 показана многослойная обмотка 1 электрического однофазного реактора с установленными верхней 2 и нижней 3 многослойными экранирующими обмотками: N=17 слоев, n=0,045 м, P _N=6 витков, R_0N=0,45 м, R_0N=0,04 м, К=М=7 слоев, P _K=P_M=6 витков, k=m=0,045 м, R _0K=R_0M=0,45 м, R_0K= R_0M=0,04 м, g_K =g_M=0,2 м, G_N=G _K=G_M=1, I_P=2500 A.

На фиг.50 представлено распределение на уровне z=3 м над электрическим однофазным реактором при изменении R от 0 м до 7 м, а на фиг.51 - на расстоянии R=3 м при изменении z от 4 м до -5 м, напряженности, создаваемой током I _P: в обмотке 1 - Н_P, в обмотках 1 и 2 - Н_PK и в обмотках 1, 2 и 3 - Н _PKM. Сверху над электрическим однофазным реактором при z=3 м установка экранирующей обмотки 2 позволяет снизить уровень напряженности МП в 2 раза (с 1014 А/м до 507 А/м), а дополнительная установка экранирующей обмотки 3 - в 3,7 раза (до 274 А/м). Сбоку от реактора при R=3 м установка обмотки 2 снижает уровень Н в 1,4 раза (с 737 А/м до 537 А/м), а дополнительная установка обмотки 3 - в 2,8 раза (до 259 А/м).

На фиг.52 показана рассмотренная многослойная обмотка 1 электрического однофазного реактора с установленной одной средней многослойной экранирующей обмоткой 5: V=8 слоев, Р_V=6 витков, v=0,045 м, R _0V=0,75 м, R_0V=0,04 м, g_V =0,2025 м, G_V=1, I_P =2500 А. На фиг.53 дано распределение на уровне z=3 м над реактором при изменении R от 0 м до 7 м, а на фиг.54 - на расстоянии R=3 м при изменении z от 4 м до -5 м, напряженности, создаваемой током I_P: в обмотке 1 - Н _P и в обмотках 1 и 5 - Н_PV. Установка экранирующей обмотки 5 позволяет снизить уровень напряженности МП над реактором на уровне z=3 м в 23 раза (до 44 А/м), а сбоку в 5 раз (до 148 А/м).

На фиг.55 показано расположение многослойных экранирующих обмоток верхней 2, нижней 3 и одной средней 5, установленной снаружи многослойной обмотки 1 реактора: N=17 слоев, n=0,04 м, P_N=6 витков, R_0N=0,45 м, R_0N=0,04 м, К=М=4 слоя, P _K=P_M=6 витков, к=m=0,05 м, R _0K=R_0M=0,45 м, R_0K= R_0M=0,04 м, g_K =0,1 м, g_M=0,2 м, V=3 слоя, v=0,05 м, Р _V=6 витков, R_0V=0,85 м, R_0V=0,04 м, g_V =0,245 м, G_N=G_K=G _M=G_V=1, I_P=2500 A. Ha фиг.56 дано распределение на уровне z=3 м над реактором при изменении R от 0 м до 7 м, а на фиг.57 - на расстоянии R=3 м при изменении z от 4 м до -5 м, напряженности, создаваемой током I_P: в обмотке 1 - Н _P, в обмотках 1, 2 и 3 - Н_PKM и в обмотках 1, 2, 3 и 5 - Н_PKMV. Рассмотренная конструкция позволяет снизить напряженность МП сверху над электрического однофазного реактором на уровне z=3 м в 34 раза (с 1045 А/м до 31 А/м) и сбоку на расстоянии R=3 м в 9 раз (с 741 А/м до 85 А/м).

На фиг.58 показан многослойный электрический однофазный реактор, обмотка 1 которого разбита на три части, в места разбивки установлены две средние экранирующие обмотки 6, а сверху и снизу - верхняя 2 и нижняя 3 экранирующие обмотки: N ₁=N₂=N₃=V ₁=V₂=6 слоев, К=М=3 слоя, n ₁=n₂=n₃=v ₁=v₂=k=m=0,04 M, PN ₁=PN₂=PN₃=PV ₁=PV₂=P_K=P _M=6 витков, R_0Nl=R _0N2=R_0N3=R_0Vl =R_0V2=R_0K=R _0M=0,45 м, R_0N1= R_0N2= R_0N3= R_0V1= R_0V2= R_0K= R_0M=0,04 м, g=0,05 м, G _N1=G_N2=G_N3=G _V1=G_V2=G_K=G _M1, I_P=2500 A.

На фиг.59 показано распределение Н над электрическим однофазным реактором при z=3 м и изменении R от 0 м до 7 м, а на фиг.60 - сбоку от реактора для R=3 м и изменении z от 4 м до -5 м: кривая Н _P - напряженность МП, создаваемого током I _P, протекающим в обмотке реактора, и кривая Н _PKMV - напряженность МП, создаваемого током I _P, протекающим как в обмотке 1 реактора, так и в экранирующих обмотках 6, 2 и 3. Применение рассмотренной схемы и конструкции экранирующих обмоток позволяет снизить напряженность МП сверху над реактором при z=3 м в 56 раз (с 924 А/м до 16 А/М) и сбоку от реактора для R=3 м - в 68 раз (с 731 А/м до 11 А/м).

При увеличении числа параллельных ветвей, допустим, в два раза получим G_N1=G_N2=G _N3=G_V1=G_V2=G _K=G_M=2, полный ток электрического однофазного реактора остается прежним I_P =2500 А, но ток в каждой ветви становится меньшим в два раза I_PG=1250 А, что в свою очередь приводит к снижению значений напряженности МП в окружающем электрический однофазный реактор пространстве также в два раза. На фиг.61 показано распределение напряженности Н МП, создаваемого над электрическим однофазным реактором последней рассмотренной конструкции, но для числа ветвей в каждой обмотке, равного двум, при z=3 м, а на фиг.62 - сбоку от реактора на расстоянии R=3 м: кривая Н _P - МП, создаваемое только обмоткой реактора, и Н _PKMV - МП, создаваемое как обмоткой реактора, так и всеми экранирующими обмотками 2, 3 и 6. При увеличении числа параллельных ветвей в два раза произошло уменьшение напряженностей Н _P и Н_PKMV в два раза, но кратность экранирования осталась прежней: сверху над реактором напряженность МП уменьшилось в 56 раз (с 462 А/м до 8,2 А/м) и сбоку от реактора - в 68 раз (с 366 А/м до 5,4 А/м).

Для выбранной конструкции электрического однофазного реактора с экранирующими обмотками увеличение числа параллельных ветвей всех обмоток в G раз приводит к уменьшению в G раз интенсивности напряженности МП в окружающем реактор пространстве, но кратность экранирования при этом остается прежней.

Обмотка 1 многорядного электрического однофазного реактора (см. фиг.63) содержит N вертикально намотанных витков в одном ряду и P_N рядов, намотанных с шагом R_0N. Составляющие напряженности МП, создаваемого током в обмотке многорядного электрического однофазного реактора, содержащего G_N параллельных, прошедших транспозицию ветвей, могут быть определены по выражениям:

Составляющие напряженности МП, создаваемого токами в экранирующих обмотках, могут быть определены по формулам:

При переходе от многослойной схемы намотки к многорядной в выражениях определения составляющих напряженности МП меняются местами, например для обмотки реактора, и но при равных значениях N и P_N перемена мест слагаемых не дает изменения суммы, и кривые распределения напряженности МП останутся прежними.

Обмотка электрического однофазного реактора обладает эквивалентной индуктивностью L _P, которая состоит из собственных индуктивностей витков и взаимных индуктивностей между витками. Величина индуктивного сопротивления электрического однофазного реактора определена техническими условиями, предъявляемыми к реактору. Это значит, что и индуктивность обмотки электрического однофазного реактора должна иметь значение, определенное техническими условиями.

Поскольку все экранирующие обмотки последовательно соединены с обмоткой реактора и имеют встречное по отношению к виткам обмотки реактора направление намотки витков, то при установке одной верхней экранирующей обмотки 2, полная L индуктивность реактора может быть определена по выражению:

где: L_K - эквивалентная индуктивность верхней экранирующей обмотки 2,

М_PK - взаимная индуктивность между обмоткой 1 реактора и верхней экранирующей обмоткой 2.

При установке двух экранирующих обмоток верхней 2 и нижней 3 полная индуктивность L реактора может быть найдена по формуле:

где: L_M - эквивалентная индуктивность экранирующей обмотки 3,

М_PM - взаимная индуктивность между обмоткой 1 реактора и экранирующей обмоткой 3,

М_KM - взаимная индуктивность между экранирующими обмотками 2 и 3.

В случае дополнительной установки средней экранирующей обмотки 6 полная индуктивность L реактора может быть найдена по выражению:

Если дополнительно установлены две средние экранирующие обмотки 6, то полная индуктивность L₍реактора будет:

где: M_V1V2 - взаимная индуктивность между средними экранирующими обмотками 6.

В общем случае полная индуктивность L реактора может быть найдена по выражению:

где: L_Обм - сумма эквивалентных индуктивностей всех обмоток,

М_РЭ - сумма взаимных индуктивностей между обмоткой 1 реактора и всеми экранирующими обмотками,

М_Экр - сумма взаимных индуктивностей между всеми экранирующими обмотками.

Значения эквивалентных и взаимных индуктивностей могут быть определены известными методами, рассмотренными, например, в книге "Расчет токоограничивающих реакторов" (авт. Соколов В.П. - М.: Моск. энерг. ин-т. 1985. - 88 с. (с.13-26)) или в книге "Расчет индуктивностей" (Справочная книга. авторов: Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1986. - 448 с. (с.206-324)).

Полная индуктивность однорядного электрического однофазного реактора, оснащенного однорядными экранирующими обмотками, зависит от числа витков (N, К, М, V ), шагов по виткам (n, k, m, v ), радиусов витков расстояния расположения экранирующих обмоток от верхнего и/или нижнего торца обмотки реактора g_N,K,M,V и числа средних экранирующих обмоток. Величина индуктивного сопротивления электрического однофазного реактора, а значит, и его индуктивность, задается техническими условиями. Для обмотки однорядного электрического однофазного реактора и всех входящих в реактор однорядных экранирующих обмоток число витков, шаг по виткам, радиусы витков, расстояние расположения экранирующих обмоток от верхнего и/или нижнего торца обмотки реактора и число средних экранирующих обмоток должны быть выбраны такими, чтобы полная индуктивность однорядного электрического однофазного реактора соответствовала индуктивности, заданной в технических условиях.

Полная индуктивность многослойного электрического однофазного реактора, оснащенного многослойными экранирующими обмотками, зависит от числа слоев (N, К, М, V ), числа витков в слое (P_N,K,M,V ); шагов по слоям (n, k, m, v ), радиусов внутренних витков в слоях шагов по радиусам витков расстояния расположения экранирующих обмоток от верхнего и/или нижнего торца обмотки реактора g_N,K,M,V , числа параллельных ветвей (С_N,K,M,V ) и числа средних экранирующих обмоток. Для многослойной обмотки электрического однофазного реактора и всех входящих в реактор многослойных экранирующих обмоток число слоев, число витков в слое, шаг по слоям, радиусы внутренних витков в слоях, шаги по радиусу витков, расстояние расположения экранирующих обмоток от верхнего и/или нижнего торца обмотки реактора, число параллельных ветвей и число средних экранирующих обмоток должны быть выбраны такими, чтобы полная индуктивность многослойного реактора соответствовала индуктивности, заданной в технических условиях.

Полная индуктивность многорядного электрического однофазного реактора, оснащенного многорядными экранирующими обмотками, зависит от числа витков в ряду (N, К, М, V ), числа рядов (Р_N,K,M,V ), шагов по виткам (n, k, m, v ), радиусов витков во внутренних рядах шагов по радиусам намотки рядов расстояния расположения экранирующих обмоток от верхнего и/или нижнего торца обмотки реактора g_N,K,M,V , числа параллельных ветвей (С_N,K,M,V ) и числа средних экранирующих обмоток. Для многорядной обмотки электрического однофазного реактора и всех входящих в реактор многорядных экранирующих обмоток число витков в ряду, число рядов, шаг по рядам, радиусы витков во внутренних рядах, шаги по радиусам намотки рядов, расстояние расположения экранирующих обмоток от верхнего и/или нижнего торца обмотки реактора, число параллельных ветвей и число средних экранирующих обмоток должны быть выбраны такими, чтобы полная индуктивность многорядного электрического однофазного реактора соответствовала индуктивности, заданной в технических условиях.

Однофазные электрические однофазные реакторы подключены к одной фазе или включены в одну фазу. Способы компоновки однофазных электрических однофазных реакторов в трехфазные группы могут быть различными. Так, трехфазная группа электрических однофазных реакторов может состоять из вертикально (см. фиг.64), горизонтально (см. фиг.65) или ступенчато (см. фиг.66) расположенных однофазных реакторов.

Применение однофазных электрических однофазных реакторов, содержащих экранирующие обмотки, при компоновке трехфазных групп обеспечивает снижение уровней напряженности МП, создаваемого токами трехфазных групп реакторов.

Предложенные варианты конструктивного выполнения электрического однофазного реактора по сравнению с прототипом обеспечивает ограничение уровня напряженности магнитного поля промышленной частоты, создаваемого в окружающем пространстве до уровней, отвечающих требованиям ПДУ и НУВ.

Предложенный электрический однофазный реактор достаточно прост, выполним практически и может быть использован, например, при строительстве общественных и административных зданий или жилых помещений, обеспечивая соблюдение ПДУ и НУВ магнитных полей, создаваемых в окружающем пространстве.