Струмообмежуючий пристрій

Винахід віднесено до електроенергетики, а точніше до пристроїв, призначених для обмеження струмів короткого замикання в аварійних режимах. Відомий пристрій обмеження струму короткого замикання [1], що містить реактивний елемент у вигляді котушки індуктивності та електродинамічний механізм із рухливими і нерухомими секціями, призначений для розшунтування котушки індуктивності, тільки-но з'явиться надлишковий струм. До недоліків цього пристрою слід віднести наявність коштовної котушки індуктивності, контактної групи, ускладнення конструкції електродинамічного механізму з метою підвищення його ефективності в області невисоких значень аварійних стр умів. Відомий також струмообмежуючий пристрій, [2], що є найбільше близьким по технологічній суті і технічному результату, що досягається, до запропонованого (прототип). У даному відомому рішенні використовується порожнистий електродинамічний механізм із рухливими і нерухомими електродинамічними секціями. Рухливі і нерухомі електродинамічні секції постачені гнучкими струмопровідними перемичками, і пружними елементами. У цьому пристрої також застосована контактна група, що за допомогою рухливих і нерухомих електродинамічних секцій розшунтовує стр умообмежуючий елемент, підключений паралельно до електродинамічного механізму. Самий струмообмежуючий елемент, розміщений усередині порожнини електродинамічного механізму, товщина стінок якого обрана не менше значення глибини проникнення електромагнітної хвилі в провідниковий матеріал, із якого він виконаний. Струмообмежуючий елемент, являє собою стрижень із феромагнітного провідникового матеріалу з великим температурним коефіцієнтом опору з магнітопроводом, що його охоплює. Основним недоліком відомого струмообмежуючого пристрою, є складність його конструкції і наладки при експлуатації, що викликано застосуванням контактної групи, що розшунтовує, із системою дугогасіння, і, як слідство цього, зниження надійності і швидкодії струмообмеження. Більшою мірою це пояснюється тим, що в начальний момент короткого замикання електродинамічним зусиллям стискання, що діють на рухливі електродинамічні секції, необхідно переборювати не тільки зусилля пружних елементів, але і зусилля контактних натискань у контактній групі. Мета цього винаходу - спрощення конструкції струмообмежуючого пристрою та підвищення надійності його роботи. Досягнення поставленої мети й досягається тим, що в відомий струмообмежуючий пристрій, що містить порожнистий електродинамічний механізм, що складається з рухливи х і нерухомих електродинамічних секцій, виготовлених із провідникового матеріалу, при цьому товщина стінок цих секцій виконана не меншою від значення глибини проникнення електромагнітної хвилі в цей матеріал, крім того, рухли ві і нерухомі секції виконані у вигляді подовжніх ділянок стінок порожнини і паралельно з'єднані між собою по своїх подовжніх кінцях гнучкими струмопровідними перемичками, а кожна рухлива електродинамічна секція має пружні елементи, реактивний елемент у вигляді магнітопроводу, розміщений усередині порожнини електродинамічного механізму, внесені конструктивні зміни, а саме кожна рухлива електродинамічна секція в поперечному перетині являє собою лопать з віссю обертання, рівнобіжною подовжній осі порожнини і розміщеній на одному з її кінців, причому кожна така лопать при сприянні гнучких струмопровідних перемичок і пружних елементів має можливість повороту щодо своєї осі лише усередину порожнини й обернено до її початкових габаритів, а реактивний елемент, виконаний у вигляді магнітопроводу, що має пазухи, максимально заповнює внутрішній об'єм порожнини електродинамічного механізму, за відрахуванням об'єму пазух магнітопроводу, що надають можливість здійснення повороту лопатей електродинамічного механізму усередину порожнини, а також двох однакових частин об'єму порожнини, кожна з яких займає місце по її подовжніх кінцях. У результаті конструктивних змін, внесених у прототип, у запропонованому пристрої відсутні контактна група із системою дугогасіння і стрижень із феромагнітного провідникового матеріалу з великим температурним коефіцієнтом опору, а тому скоротився технологічний ланцюжок процесу струмообмеження, тому що крім додаткового часу на подолання контактних зусиль контактної групи, виключений також процес нагрівання струмообмежуючого стрижня, із властивою йому деякою інерційністю, і процес дугогасіння, що закінчується лише в момент остаточного загасання дуги. У нормальному режимі, коли рухливі електродинамічні секції утримуються пружними елементами в початковому положенні, відсутній електромагнітний зв'язок зовнішнього поля електродинамічного механізму і феромагнітної маси усередині його, тому що товщина стінок рухливи х і нерухомих секцій електродинамічного механізму обрана не менше значення глибини проникнення електромагнітної хвилі в провідниковий матеріал, із якого він виготовлений. Потоками розсіювання, що можуть мати місце завдяки технологічним повітряним зазорам між рухливими і нерухомими електродинамічними секціями, можна зневажити. З метою зменшення потоків розсіювання по торцях пристрою (крайовий ефект), довжина магнітопроводу, розміщеного усередині порожнини електродинамічного механізму, вибирається меншою, ніж довжина самого електродинамічного механізму, і кінці магнітопроводу рівно відстоять від подовжніх кінців електродинамічного механізму. Тільки-но з'явиться надлишковий струм, електродинамічні зусилля стиску, що діють на бічну поверхню електродинамічного механізму, різко зростають, і рухли ві електродинамічні секції, подолавши зусилля пружних елементів, починають обертання щодо своєї осі і, змінюючи своє геометричне положення, порушують електромагнітну "ізоляцію" феромагнітної маси, що знаходиться в порожнині електродинамічного механізму. В результаті цього рухливі і нерухомі електродинамічні секції з деякого моменту являють собою провідники зі струмом поблизу феромагнітної маси, а це забезпечує збільшення магнітного потоку Φ електромагнітної системи "електродинамічний механізм - реактивний елемент". Як у процесі руху р ухливих електродинамічних секцій, так і в їх притягнутому до феромагнітної маси положенні, у рухли вих і нерухомих електродинамічних секціях dФ e= dt наводиться проти-е.д.с. , що призводить до різкого підвищення реактивного опору електродинамічного механізму й еквівалентно запровадженню в ланцюг індуктивного опору, розмір якого приблизно в m/m0 разів вище початкового, де m - магнітна проникність матеріалу магнітопроводу, μο магнітна проникність повітря. Швидкодія запропонованого струмообмежуючого пристрою, залежить не тільки від значень електродинамічних зусиль стиску бічної поверхні електродинамічного механізму (або його граней), але і від електродинамічних зусиль тяжіння, що діють між рухливими електродинамічними секціями і магнітопроводом, що виникають між ними при електромагнітній неузгодженості початкового стану системи "електродинамічний механізм - реактивний елемент" і які збільшуються в міру просування рухливих електродинамічних секцій до їхньої фіксації у визначеному положенні. Кількість феромагнітної маси магнітопроводу вибирається з умови неприпустимості насичення сталі. Основною відмінною ознакою запропонованого струмообмежуючого пристрою, у порівнянні з прототипом, є значне спрощення його конструкції за рахунок зниження номенклатури виробів, що входять у нього (відсутність контактної групи і системи дугогасіння, стрижня з великим температурним коефіцієнтом опору) і більш раціонального компонування пристрою, що забезпечує високий ступінь прогнозування струмообмеження по швидкодії і посиленню струмообмежуючих властивостей. На Фіг.1 і Фіг.2 показаний один приклад виконання запропонованого струмообмежуючого пристрою, на Фіг.3 - інший. Струмообмежуючий пристрій на Фіг.1 і 2 містить електродинамічний механізм 1, що складається з рухливих 2 і нерухомих 3 електродинамічних секцій. Рухливі електродинамічні секції 2 по своїх подовжніх кінцях мають гнучкі струмопровідні перемички, 4, що електрично з'єднують їх із подовжніми кінцями нерухомих електродинамічних секцій 3. Рухливі електродинамічні секції 2 мають також гнучкі пружні елементи 5, виконані, наприклад, із гумового джгута, кожен з яких своїми кінцями кріпиться відповідно до рухливої секції 2 і перекинутий через монтажні ободи 6, що виконані з діелектричного матеріалу і запобігають можливості обертання рухливи х електродинамічних секцій 2 убік збільшення початкових габаритів електродинамічного механізму 1, виконаного з труби кільцевого перетину. У поперечному перетині рухливі електродинамічні секції 2 можуть бути подані у виді лопатей, що мають на одному із своїх кінців вісі обертання 7 та мають можливість повороту щодо цих осей усередину об'єму електродинамічного механізму. Товщина стінок рухливих і нерухомих електродинамічних секцій 2 і 3 обрана не менше значення глибини проникнення електромагнітної хвилі в провідниковий матеріал, із якого складається електродинамічний механізм. Реактивний елемент 8 розміщений у порожнині електродинамічного механізму 1, при чому з великим коефіцієнтом її заповнення, і являє собою шихтований магнітопровід, що має фасонні пазухи 9, що забезпечують можливість повороту рухливи х електродинамічних секцій 2 усередину обсягу порожнини електродинамічного механізму і їхньої фіксації в заданому положенні. З метою усунення крайового ефекту довжина магнітопроводу 8 обрана меншою довжини електродинамічного механізму 1 і подовжні кінці магнітопроводу надаються зрушеними на однакову відстань всередину електродинамічного механізму по його подовжній осі. Реактивний елемент 8 механічно скріплений із нерухомими секціями 3 електродинамічного механізму 1. Для підключення струмообмежуючого пристрою у робочу мережу використовуються клеми 10, розміщені на подовжніх кінцях нерухомих електродинамічних секцій 3. Приклад виконання струмообмежуючого пристрою на Фіг.3 аналогічний прикладу струмообмежуючого пристрою, на Фіг.1 і Фіг.2, за винятком того, що електродинамічний механізм 1 у поперечному перетині являє собою коробчасту шину, що може бути виконана цілком складовою. Верхня частина цієї шини розрізана навпіл, і кожна половина виконує роль рухли вих електродинамічних секцій 2, а роль нерухомих електродинамічних секцій виконує інша частина складової шини. Позиції деталей струмообмежуючого пристрою на Фіг.3 і їхнє функціональне призначення те ж, що і на Фіг.1 і Фіг.2. Зміною є лише те, що позиція 6 на Фіг.3 означає монтажні стійки з блочками обертання, виконані з немагнітного матеріалу і скріплені з електродинамічним механізмом 1 по його торцях. Запобігання повороту рухливи х електродинамічних секцій 2 за зовнішні межі початкових габаритів електродинамічного механізму 1 виключено конструктивно показаним на Фіг.3 розміщенням осей обертання 7. Працює струмообмежуючий пристрій у такий спосіб. При номінальному навантаженні електродинамічні зусилля стиску, що діють на зовнішню бічну поверхню електродинамічного механізму 1, незначні, а їхня частка, що припадає на рухливі електродинамічні секції 2, врівноважується за допомогою пружних елементів 5. З закону повного току випливає, що напруженість електромагнітного поля усередині порожнини електродинамічного механізму 1 дорівнює нулю, і, отже, відсутній електромагнітний зв'язок електродинамічного механізму, як провідника з током, із феромагнітною масою, що знаходиться усередині його. Потоками розсіювання за рахунок незначних технологічних повітряних зазорів у тілі електродинамічного механізму і придушення крайового ефекту можна зневажити. Саме через це, струмообмежуючий пристрій, у нормальному режимі, можна розглядати як посилену по перетину частину робочого ланцюга з малими активним і індуктивним опорами, що забезпечують малі втрати електроенергії, як безпосередньо в струмообмежуючому пристрої, так і в лініях електропередач за рахунок зменшення реактивної складової струму навантаження. У аварійному режимі, при різкому зростанні струму, електродинамічні зусилля стиску бічних поверхонь (або граней) електродинамічного механізму 1 багаторазово збільшуються. У результаті р ухливі електродинамічні секції 2, обертаючись щодо своїх осей 7, входять у пазухи 9 реактивного елемента 8, чим забезпечується збільшення магнітного потоку. Швидкість обертання рухливи х електродинамічних секцій 2 із моменту появи робочого повітряного зазору між електродинамічним механізмом 1 і реактивним елементом 8 збільшується також за рахунок електродинамічних зусиль тяжіння, що виникають між рухливими електродинамічними секціями 2 і магнітопроводом реактивного елемента 8, що γ міру зменшення повітряного зазору в пазуха х магнітопроводу стзс ще більше і ще більше збільшує швидкість зменшення повітряного зазору. Все це в сукупності забезпечує швидкодію струмообмеження і посилення струмообмежуючих властивостей пристрою, що особливо важливо в початковий момент короткого замикання, коли піки струму короткого замикання максимальні. Різке зменшення повітряного зазору викликає різке збільшення магнітного потоку і викликає появу в рухли вих 2 і нерухомих З секціях електродинамічного механізму 1 значної проти-е.д.с, що еквівалентно запровадженню в робочу мережу значного індуктивного опору. Після фіксації рухливи х електродинамічних секцій 2 у пазуха х 9 реактивного елемента 8 (або після "складання" рухливи х електродинамічних секцій 2 із нерухомими електродинамічними секціями 3 на Фіг.3) струмообмежуючий пристрій являє собою частину ланцюга зі сталлю з розрахунковим індуктивним опором, що і забезпечує заданий рівень сталого струму короткого замикання. Після відключення вимикачем аварійного приєднання рухливі електродинамічні секції 2 дією пружних елементів 5 повертаються у ви хідний стан і струмообмежуючий пристрій знову го товий до роботи. Запропонований струмообмежуючий пристрій відрізняється простотою конструкції, надійністю, малими габаритами і підвищеними струмообмежуючими властивостями. Використана література 1. Вязовик В.Я., Сергеев Д.Α., Мрыхин В.И. Способ ограничения тока короткого замыкания и устройство для его осуществления. Патент РФ №2016459, опубл. 15.07.94, бюл. №13. 2. Сергеев Д.А., Мрыхин В.И. Токоограничивающее устройство. Патент РФ №2178217, опубл. 10.01.02, бюл. №1.