автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Разработка реакторов на пластмассовой изоляции для компенсирующих устройств электрических железных дорог

мпс - рф

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи

дерябин андрей анатольевич

РАЗРАБОТКА РЕАКТОРОВ НА ПЛАСТМАССОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ДЛЯ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

05.22.09 - Электрификация аэлезнодормшого транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на сопсканнэ учаноя степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1994

Работа выполнена в Московском Государотввшюм ушшзрсы-уото путей сообщения (ШИТ) -

Научный руководитель -доктор техгшчэшшз: поул , профессор Р.Р.МАШШН .. .

I. '

Официальные ошюнопги-доктор технических наук , профэосор Ю.М.ИНЕКОВ;

кандидат топических наук Б.М.БОРОДОШН

Ведущее предприятие -глааноа управление электроснабжения и впергетичэского хозяйства НПО РО

Защита состоится " -/"¿Л^? Х994 г.

в^^час. тзх.у на ввредшии специализированного со-

вета Д 114.05.07 при Московском Государственном университете путей сообщения (ШИТ) по адресу:10147Б, ГСП, г.Москва, ¿-55, ул. Образцова, 16, дуд.

,0 диссертацией мовно ознакомиться в библиотека института.

Автореферат разослан " с^У» 1994 г.

• Отзнв на авторофорот, заверенный печатью ^ просил направлять "то адресу.совета института,.

УЧ01ПГЙ СОКратарь специализированного сове то

Л.П.Ыатвооввчов

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В условиях перехода народного хозяйства страны на рыночные метода управления большое значение приобретают вопросы экономии всех видов ресурсов - материальных, экергетэтесккх, трудовых. В системах электроснабжения большие возмохкостя экономки электроэнергии связаны со снижением реактивной модности протекающей по распределительным сетям. Это достигается подключением к различным точкам системы электроснабжения источников реактивной мощности, основными из которых является конденсаторные установки. Поэтому ко.таенсация реактивной мощности в электрически сетях с помоцьв компенсирующих устройств является одам из наиболее захных направлений ресурсосбережения. В этих условиях, повышение надежности и экономичности работы всех элементов компенсирующих устройств является наиболее перспективным направлением.

Резонансные реакторы компенсируоджс устройств являясь знатакм а ответственным элементом, оказывает большое влияние на реким работы всей устаноЕКИ. Следовательно снихение требуемых капитальных владений в реакторы , а такхэ снихение потерь мощности в них, позволит расширить осъе.щ внедрения компенсирующих устройств на яелезкых дорогах страны.

В существующих установках компенсации применяется больше количество различных типов реактороз (СР0М-32СЮ/35У1 , РЕКА-200-75 , РБМА-27,5-83), ни один из которых не отвечает современным требованиям в полном объема. Основным недостатком существующих реакторов является высокий уровень потерь электроэнергия. Например, реактор РБ?1А имеет потери мотаэсти 20 кВт

при токе 230 А что составляет более 170000 кВт ч электроэнергия в год. Реакторы РЕКА и ФРОЫ юле ют потери мощности соответственно 30 кВт при ток'е 200 А я 42 кВт при токе 230 А , что составляет Солое 260000 кВт ч электроэнергии в год для первого и 360000 кВт ч для второго реакторов. Этот недостаток особенно нежелателен в условиях перехода экономики страны на рыночные отношения.

Кромо того, все реакторы чрезвычайно сложна в изготовлении, что сдермшаэт оОъеш их производства. Производство бетонных реакторов является длительным, многодневным процессом. Процесо производства включает в себя этапы вшотки , пропарки, сушки и прокраски реактора. Изготовление реакторов о масляным охлаждением является еще более трудоемким к дорогостоказш про--изводством. Крокэ того, бетонные реакторы требуют установки, их, в помещениях , защищенных от етмоофэрного воздействия. Поэтому, ш показывает практика применения кошенсирукщих устройств, существующие реакторы иэ отвечают сегодняшним требованиям по надежности, бконошчшотк и универсальности примаке-ния.

За все время вксцлуагациа кошенсируицих устройств рэзо-

неясным реакторам н.э уделялось достаточного внимания. Для не*

пользования в составе кошенсирущей установки , как правило, использовался рэактор, разработанный для прпмэнения в другой области (токоограничивающий, фильтровый и др'.) и его конструкция адаптаровалаоь к цувдам конкретной установки . Соответственно р номинальные параметра наиболее распространенных реакторов не могут удовлетворить требованиям, предъявляем!1,! к целому ряду компенсирующих устройств.

- ь -

Учитывая сказанное , моняо сделать вывод, что к настоящему кокзнту цазрола необходимость создания специализированного рзактора для кашгансируища устройств, конструкция которого не галэла-бн шдостатков , присуща другим реактора«.

Сложность разработки подобного реактора заключается в той, что теоретические исследования в области рэокторостроания отстают от современного развития техшжк. Так, основные метода расчета иядуктшшостеа предполагают использование номогрзьм к таблиц. Подобное упрощзкш расчета не всегда оправдаю и кожот бить сгсоррзкпгровано современными срэдств&ми вычислительной теллссн. Кро;.:з того, теоретические разработки по различным конфигурациям обмоток реакторов край» недостаточны. Основное екимзктз, в этой области, уделялось аамэтрпрованио кноголро-еодных e9tesîî обмотки, с целью получения равномерного токо-распредэлення. При этом , вопросы технологического исполнения сбкотск, его влияния на суммарную индуктивность реактора и элэктрагсескуз прочность оставались за рамками анализа.

Следует отметить, что суцесгвувдм на сегодняшний день методам; проектирования сухих реакторов с линейной веСер-амперной характеристикой не поддаются алгоритмизации. Следовательно, качество разрабатываемого изделия сально зависит от квалификации разработчика, а возможности автоматизации проект-но-конструкторской деятельности ограничены.

Данная диссертационная работа наполнялась з рамках научно-исследовательских работ Га по разработке методов повышения качества электрической энергии в тягсенх сетях и проводк-лась в соответствии с планом НИР МПС РФ.

- б -

Цель рзоога. состоит в разработка унифицированного реактора для компенскрувда устройств электрических железных дорог, основанного на современных технологических принципах, оа-ладаицего высокими эксплуатационными характеристиками.

Общая методика исследований. При выполнении работы теоретические исследования проводились с применением численных методов расчета, методов теории электромагнитного поля с применением фундаментальных законов теоретических основ электротехники, а также с использованием методов теории принятия решение.

Научная новизна, работы заключается в разработке методики проектирования реакторов с линейной вебер-ашерной характеристикой. В рамках исследуемой задачи автором разработаны следующие положения:

-определены основные требования, предъявляемые к резонансным реакторам;

-определены дее стратегии производства резонансных.реакторов (секционированная и индивидуальная);

-определена номенклатура требуемых реакторов, для рэзлич-

*

. них типов компенсирующих устройств;

-2 соответствии с указанными стратегиями разработаны конструкция двух универсальных секций,'а также конструк-

' ции индивидуальных реакторов для принятой номенклатуры компенсирующих устройств;

-разработана методика оценки электрической прочности реакторов в местах переходов между еитквми применительно к

- т -

конкретному реактору;

-обосновано применение приведенных годовых расходов, в качестве критерия оптимизации геометрических размеров обмотки реактора; -рйзраСотана методика проектирования сухого реактора с "линейной вебер-амперной характеристикой.

Практическая ценность. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволил: создать реактор, осков&ч-ннй на современных изоляционных материалах, который имеет луч-пиэ, по сравнении с аналогами эксплуатационные к техно логические показатели. Методика изложенная в диссертационной работе использоваться при разработке и внодрэнпи АРМ конструктора. При атом качество проектирования реактора перестает зависеть от. квалификации проектировщика.

, Внедрение. Результаты исследования и практические предло-

гэкия внедрены на Люберецком электромеханическом заводе. Мате*

риали диссертации использовались при разработке и изготовлении резонансных к фильтровых реакторов в настоящее время находящихся в опытной эксплуатации на ряде железных дорог Российской Федерации и СНГ.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее этапы докладывались и обсуждались на:

-ХХХНП научно-практической конференции " Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта в ноеых условиях развитая дальневосточного региона" (г. Хабаровск, 1993 г.);

-кафедре "Электротехника и электроснабжение. предприятий ж.д. транспорта" !ШТа ,(г. Москва 15Э2-19ЭЗ гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатных работы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 114 нимвнова-ний и двух приложений. Работа содержит 101 страницу машинописного текста , 25 таблиц и 45 рисункоЕ . Приложение содержит 18 страниц(в том числе 12 таблиц).

содержание работы

Во введении. показана актуальность выбранной теш и сформулированы цели я задачи исследования. Дана краткая характеристика всех глав работы, дана- характеристика ее структуры и сформулированы основные положения выносимые на защиту.

В первой главе. Изложены основные проблемы связанные с •применением резонансных реакторов в компенсирующих устройствах. Произведен краткий обзор основных существующих типов реакторов, анализ присущих им недостатков,■определены требования предъявляемые к реакторам компенсирующих устройств. Проанализирован зарубежный опыт производства реакторов такими фирмами как: '"КОШ" (Финляндия) , -тззтШйЮиЗЕ" (США), "АСЕС' (Бельгия), "Этне" (Германия).

Проведено исследование предполагаемой области применения разрабатываемого реактора, которая распространялась на уста-

ноеки поперечной компенсации в стандартном (УППК) и гармони-коупорном (ГУППК) исполнениях. При этом, предполагалась настройка реактора с конденсаторной батареей н резонанс напряжений на частоте 120-135ГЦ. Подобная настройка установки компенсации практически разгрухаэт банки конденсаторов от токов енсзгих гармонях.

Ка осчоеэ анализа был сделан еызод о необходимости создания нового резонансного реактора для установок комгенсации , конструкция которого была бы основана на современных изоляционных материалах, имела минимально еозмоеный расход материала и оптимальные электромагнитные сеойстзэ. Офорггулированы основные требования к разрабатываемому реактору, которые сводятся к следующему:

-з целях снежекя гготзрь, реактор долкен иметь динейну» Евбер-амперную характеристику, и оптимально спроектированную конфигурацию обмотки;

-реактор должен быть экономичным;

-в материале колонок долины Сыть применены современные изоляционные материалы, как до сооОрзхениям электрической прочности, так и по соображениям динамической стойкости;

-по технологическим требованиям, конструкция реактора должна быть сухой и сборной, как обеспечивввдая максимальную степень автоматизации.

В первой главе также был проЕедэн анализ пригодности существующих типов косинусных конденсаторов , приггеяяггццхся для компенсации реактивной мощности в электрических сетях. Определена шкала номинальных мощностей, типов конденсаторов и типов

компенсирующих устройств, в комплекте с которыми предполагается использовать разрабатываемый универсальный реактор.'

Конденсаторы, имешщго номинальные напряжения: 3,15 кВ; 6,3 кВ и 10,05 кВ, традиционно на электрифицированных кэлезных дорогах нэ применяются, поэтому для разработки реактора принимались конденсаторы, имевщав номинальные напряжения 0,66 к 1,05кВ. При электрической тяге на переменном токе , наряду о

УППК , применяются такке установки продольной (УПРК) и про-

•

дольно-поперечной компенсации. Для таких установок необходимо было применять конденсаторы, которые имеют повышенную перегрузочную способность . Конденсаторы этого типа имеют в своей маркировке сукву П. Соответственно, в качество базовых были приняты конденсаторы типа: КСП-0.65-40-У1, КСП-1,05-75-У1, КСПК-1,05-120-У1.

Б связи с еысокой экологической опасностью трихлордкфзни-ла , применяемого в данных конденсаторах, выпуск их прекращен. Но на хехззкнх дорогах осталось большое количество установок компенсации, собранных на перегругостойних конденсаторах. Нро-у ме того, в будущем вместо них моано использоезть конденсаторы других типов, которые имеют .такие-se номинальные напряжения ж-кратнув шцность . .Конденсаторами , пригодными для ■замеш могут быть конденсаторы следувщих типов: KCI-0,66-20; К01-0,66-40; KCKI-0.66-40; КСК2-0,66-80; KCI-I,05-30; KC2-I,05-60; KC2-I,05-75; KC0-I,05-25 .Поэтому данные конденсаторы принимаются в качестве основных для создания установок поперечной емкостной компенсации.

По результатам расчета номинальных мощностей установок компенсации был сделан вывод, что требуется 24 типа реакторов.

По 12 танов для ЛШК к ГУППК. "

Дальнейшая разработка реакторов возможна двумя способа-мя-это индивидуальная разработка каядого реактора и разработка ограниченного ко л постео реакторных секций, из которых в последствии форгафувтся реакторные комплекты с требуекыми параметрами.

Принятие секционированной конструкции универсального реактора кз является наилучшим реиэнием , с точки зрения оконо-(етшосгл конкретного реактора. Проектирование реактора для кагдой установки кошэнсации индивидуально представляется болев оправданным. Ко разработка больного количества типов реакторов рэзко повывает требования к оснащенности производства, что редко бывает екголнкмым. Поэтому , секционирование как способ снижения номенклатуры реакторов , является вынужденным п временным реиекием. Для дальнейшей разработки принимались соответственно две стратегии разработки реакторов - секционированная и индивидуальная.

Для уменьшения количества типов применяемых реакторов предлагалось использовать такой способ, как формирование реакторов из нескольких блоков (реакторных секций). Бри этом, изменяя величину взаимной индуктивности мэкду секциями, мохно добиваться различной настройки установки компенсации.

На основании анализа и обзора способов установки реакторных комплектов были определены исходные данные для расчета конструкции реактора, такие как, номинальный рабочий ток и номинальная индуктивность. Были предложены условия оптимизации и определены номинальные параметры необходимые для расчета двух универсальных реакторных секций, применение которых позволяет

оснастить реакторами наибольшее количество компенсирующих установок. При атом, все. типы реакторов долшн набираться из двух типов одиночных секций, имеющих номинальные индуктивности 81 мГн , 41 мГн и номинальные токи соогЕвтственно 113 А ж 226 А.

Аналогичные параметры были определены для реакторов разрабатываемых по индивидуальной стратегии.

Втооая глава. посЕящена предварительной проработке конструкции обмотки реактора. При этом анализу подвергались варианты с разным количеством проводов в обмоточной Еетви, тип обмотки (по направлению переходов мекду Битками) и влияние способа намотки реактора на его электрическую прочность. Далее били рассмотрела обмотки реакторов, в. конструкции которых пря-кенямся два различных типа коловок-ато прямоугольные и трапециевидные .

Известно, что расхода лрозодаиоЕого материала, материала колонок' яряжз-продорциональш величине Еоздуаяого промекутка мезэдг Еиткаьш, ьеличша которого зависит от требуемой электрической прочности разрабатываемого реактора. Поэтому , ыеквит--ковое расстояние желательно иметь шшималыпш. Для • сникения межвиткового расстояния используются различные способы, такие как применение кабельной обмотки, прокраска обмотки специальными лаками и др. На кафедрэ "ЭЭПТ" МШТа' под руководством проф. Р.Р.Мамоиина и доц. В.И.Малахова для сборного реактора из пластмасса была разработана конструкция ,, предусматривавшая применение "клинового паза" в реакторах для компенсирующих устройств элэктрфщированннх келезных дорог. Применение тако-

го паза позволяет повысить электрическую прочность реактора и улучшить его электромагнитные свойства . Данный способ уплотнения обмотки является наиболее выгодным , так как другие способы ведут к увеличении капитальных затрат на реактор и, поэтому, не всегда приемлемы. Фрагмент обмотки с "клиновым пазом" представлен на рис.Г.

В обмотках реакторов существует два типа переходов: это переход от "витка к витку" и от "сдоя к слоя". При этом, в зависимости от типа обмотки, эти перехода делаются либо в аксиальном, либо в радиальном направлениях. Так как свойства переходов не зависят от типа обмотки , а только от направления и числа проводов в витке , необходимо рассматривать перехода в смысле их направления . Из сообракэний удобства переходы лучше называть "радиальными" и "аксиальными".

В разделе были рассмотрены обмотки реакторов по типу и направлению перехода от предыдущего витка к последующему (горизонтальное или вертикальное направление).

По направлению перехода от предыдущего витка к последующему различают два типа обмотки: катуиечнуи и дг.сковуа обмотки. Для катуиечной обмотки от витка к витку осуществляется в аксиальном направлении, а от слоя к слою в радиальном. По такому типу наматывается , например , реакторы высокочастотных заградителей ЛЗП. Другой тин обмопси-даскозая обмотка-такта наматывается слоями. В отличие от катусечной, переход от вятка к нитку здесь осуществляется в радиальном направлении , а переход от слоя к слов в аксиальном. Каибольсее распространение такой тип обмотки получил в тскоограничивавщих реакторах .

В местах переходов мезду витками и слоя},® существует эф-

Схема намотки дисковой осмотни реактора, с клиновым пазом

рис.1

_ Схема намотки дисковой' обмотки, реактора с прямот пазом ■ •

факт сшшзшзя воздушного промежутка. Это расстояние является лимитирующим по электрической прочности обмотки реактора. В данном разделе были выведены формулы для определения минимальных расстояний кэвду осями витков з переходах. Предложена обмотка со "скользящим переходом", 'как способ устранения указанного явления. Обмотка со "скользящем переходом" изображена на рзс.З.

Достоинства перехода такого типа особенно ярко проявляются у обмоток, в ветви которых используэтся несколько проводов, стоящих вертикально, т.е. аксиальный размер сечения витка у которых больие радиального. Витки такого типа целесообразно применять у реакторов имоецпх катушечный тип намотки и большие значения покерачного сечения.

В качестве номинального сечения принимается частное от деления тока реактора на экономическув плотность тока с последующим округлением до ближайшего табличного значения.

где: 1а -номинальный ток реактора;' • -зкокошческая плотность тока.

По полугенному знвчешяо шОирают сечение обмоточного провода. Учитывая технологические возможности конкретного предприятия, на котором будет наматываться реактор, обмотку не Есегда удается выполнить одиночным проводом. Поэтому принима-■ется, что обмотку сечением свыше Б >350 мм выполняет многопроводной. На основе анализа типов обмоток по количеству проводов

Эскиз обмотки реактора, выполненной с применением' скользящаго перехода

рис.3

В ветви реактора можно было сделать вывод, что выбор конкретного расположения проводов в Еетви необходимо проводить после детального технико-экономического расчета вариантов, с учетом возможностей завода-изготовителя. При этом, в еэтви желательно иметь один провод, круглого сэчения.

На основе проведенного анализа можно сделать вывод, что для реакторов, разрабатываемых как по секционированной, так и по индивидуальной стратегиям предполагается наматывать обмотки витым влшкниевыы проводом, с применением клинового паза. По требования;« транспортировки , наруаязй. диаметр реакторз не долкен превышать 2,5 для любого типа разрабатываемого реактора. Для реакторов разрабатываемых по секционированной стратегии келательно применение дисковой обмотки, при этом в качестве провода обмотки предварительно принимаются провода типа А-Э5 и А-240. Для реакторов разрабатываемых по.индивидуальной стратегии желательно применение катушечной обмотки. В качестве провода обмотки предварительно принимаются провода типоз: А-50;А-120;А-240;А-300 И А-350.

При разработке методики проектирования необходимо предусмотреть сравнение вариантов обмотки с переходным пролетом и со скользящим переходом.

В третьей главе, были проаналязхфованы существующие способы и методы расчета индуктивностей реакторов. При этом было определено, что ни один из существуших способов расчета из-дуктивностей реакторов не является достаточно точным и универсальным. Вследствие нелинейной зависимости менду геомзтрпчзс-кими параметрами реактора'и его индуктивностью невозможно про-

верить точность расчета собственной индуктивности на модели, а следовательно ошибку в расчете можно выявить только после производства изделия в натуральную Еелкчику, что является неприемлемым. Кроме того, е нашем случае к способу й методу расчета индуктивностей предъявляется требование повышенной точности. Это требование еызвзно тем, что существуйте косинусные конденсаторы имеют достаточно большой разброс значения емкости от номинального значения к при соединении их в батарей процент отклонения увеличивается. Поэтому, требования к резонансному реактору ужесточаются. Повышенная точность расчета обусловлена, также, и необходимостью оценки влияния на суммарную индуктивность скользящего перехода п различных способов расгалокз-ния проводов в витке.

В практике расчета индуктгакостеЯ известно два основных метода расчета - метод массивного Еитка к метод суммирования . Метод суммирования до появления ЭВМ , обладающих высоким быстродействием и большой памятью, почта не разрабатывался. В качестве метода проектирования та расчета реакторов в разделе был принят метод суммирования, как наиболее точный и универсальный.

Метод суммирования основан на расчете собственных и взаимных индуктивностей витков с последующим их суммированием . Из-за его громоздкости метод суммировании -применялся только для контуров специального типа и контуров , расчет которых невозможен -или сильно осложнен при применения метода массивного витка.

С появлением современных ПЭВМ, обладающих высоким быстродействием и большой памятью, громоздкость методз суммирования

перестает быть определяющей. Это препятствие преодолимо тем более, что расчет собственных индуктивностей элементов обмотки реактора является однотипным для одинаковых элементов и может быть офорллен в виде подпрограмм. Кроме того, метод суммирования лишен недостатка метода массивного витка - заниженной точности. Кроме того вид программы расчета по методу суммирования не зависит от формы, конечных размеров и количества элементов обмотки.

Метод сум\Еровашя црЕмешгя не тйлько для расчета собственных индуктивностей рэакторов, но и для расчета их взаимных индуктивностей . Расист взаимных индуктивностей любого количества реакторов по методу суммирования лишь незначительно корректирует программу расчета, в то время как в методе массивного витка этот вопрос требует специального рассмотрения . Поэтому метод суммирования представляется наиболее приемлемым для расчета индуктивностей рэактора.

В разделе описан, и представлен алгоритм расчета по методу суммирования. Расчет элементов обмотки реактора прэдлокено проводить как итерационный процесс рассчитывая электромагнитное взаимодействие элементарных нитей тока , принадлэкащих элементам обмотки, при этом предлагается использовать формулы, разработанные П.Л.Калантвровым и Л.А.Цейтлиным . Расчет индуктивностей штей тока изогнутых по дуге окружности производится через представление их в вида ломаных линий . Данное упрощение удобно тем, что весь- расчет сводится к одной формуле. При разработке резонансного реактора на стадии расчета индуктивности в эквивалентном многоугольнике желательно число ломаных, прямолинейных элементов принять равным числу пролетов реактора.

' Удобством алгоритма данной программы является то, что она позволяет перед началом расчута оценить электрическую прочность реактора в местах переходов мевду штками по формулам, представленным во втором разделе. Кроме того, в алгоритме предусмотрен диалоговый реким, который дает возможность пользователю оценить обмотку реактора по сложности расчета , для достижения компромисса мевду точностью и временем счета.

В четвертой главе, была разработана методика и алгоритм проектирования реакторов, отсутствие которых осложняет проектирование и увеличивает время необходимое для создания ноеого изделия.

Существуйте на сегодняшний день методики проектирования реакторов начинаются с расчета индуктивности реактора. При этом, сначала задаются предполагаемое значения его геометрических параметров, для которых рассчитывается индуктивность реактора. По полученному значению индуктивности реактора производится коррекция геометрических размеров обмотки. После проведения расчетов определяется расход проводникового материала. Избыточный расход проводникового материала определяется по кривым , построенным немецким ученым Хаком , в зависимости от соотношения § и § . По данным кривым определяется коэффициент 6С избыточного расхода проводникового материала, в %.

При проведении коррекции геометрических размеров обмотки реактора скорость достижения требуемого результата, а тага» его точность , прямо зависят от квалификации и опыта проектировщика. Подобное положение вещей обусловлено отсутствием- не только четких правил, но и примерных рекомендаций по проводе-

шло коррекции размеров обмотки.

В силу сложности такого контура, как обмотка реактора, все способа представляют собой апроксимацию реальных зависимостей мэзду геометрическими параметрами обмотки и индуктивностью. Кроме того, нигде эта зависимость не бывает линейной. Поэтому, чтобы определить какой-нибудь из параметров при постоянных индуктивности и других параметрах необходимо решать нелинейное уравнение, что дополнительно услокняет задачу проектирования .

Следует также указать, что при проектировании реакторов недостаточно отыскать, значения геометрических параметров обмотки, необходимо отыскать их оптимальные-значения.

Кроме усложнения проектирования, значительно возрастает время на разработку одного многосекционного реактора , а также возрастает вероятность появления ошибки. 3 силу этого при проектировании многосекционных реакторов, взаимная индуктивность между секциями не учитывается, что увеличивает потери анергии в комплекте и следовательно является неаэлательным.

Проведенный анализ позволил, сделать вывод, что существу-щиэ методики проектирования не отвечают требованиям эффективного и качественного проектирования, а также выработать требования , предъявляв;,щэ к методика проектирования и на этой основе разработать такую методику .

Таким образом, к методике проектирования реакторов предъявляются следующие требования:

-сущность методики, точность и порядок расчета не долены зависеть от критерия оптимизации, т.е. методика должна быть простой я универсальной;

-в методике должно Сыть четко определено, каким образом производится нахождение и коррекция геометрических пара-мэтров обмотки реактора;

-методика должно предусматривать определение оптимальных геометрических размеров обмотки реактора;

-область применения методики должна распространяться как на' односекционша реакторы, rait и на мкогосекциояные;

-мэгодика долина иметь возможность реализации на ПЭВМ.

Разработанная методика, основана на методе последовательных приближений. Так , при нахождении требуемого среднего диаметра использовался мэмэтод линейной индурполяции , что позволило определить требуемый параметр , при заданной индуктивности. Такой подход , к решению задачи связан с большим объемом вычислений и но возмокен был ранее , до появления современных средств вычислительной техники . Автором разработан алгоритм и программа расчета реактора .

Разработанная методика и программа проектирования сухих реакторов с линейной вебер-амперной характеристикой является универсальной, удобной для применения па ПЭВМ , нэ зависит от типа критерия оптимизации, ее применение возможно как для про-' • вотирования односекционных так и для мяогосекционных реакторов, а также применение методики дает оданакошэ результаты независимо от квалификации проектировщика. .

В пятой главе, производится окончательная проработка ■ конструкции универсальных реакторных секций и компоновка реакторных комплектов по вариантам, для конкретных компансярувдих устройств. Кроме того, в данной главе производится окончатель-

ная проработка конструкций реакторов по условию индивидуальной разработки, для каждого компенсирующего устройства.

Проектирование начинается с выбора материала колонн и проработки элементов силовой конструкции. Выбор полимерного материала проводился с применением эмпирической стратегии выбора, с учетом возможностей предполагаемого производителя разрабатываемого реактора»

Эмпирическая стратегия выбора является математически не строгой, но наглядной и эффективной. Выбор полимерного материала желательно производить по девяти критериям: -диэлектрическая-проницаемость, при I Мгц; -электрическая прочность, кВ/мм; -ударная еязкость, кДк/мм; -Прочность на растяжение, Ша; -стойкость к воздействию температуры 85°С; -стойкость к воздействию солнечной радиации при 95°0; -стойкость к воздействию относительной влажности при 40°С;

-технология переработки; -цена, руб.

Такое количество критериев является достаточным для комплексного рассмотрения свойств требуемого материала и совпадает о психофизическим барьером восприятия человека. Для применения в колоннах реактора пригодными являются материалы из ряда стеклопластиков типа АГ-4, ДСВ и для ограниченного применения стеклопластик типа Премикс.

Проектирование универсальных реакторных секция проводилось по методике изложенной в четвертом разделе , способом

разработанным в третьем разделе. При атом , в качестве критерия оптимизация наиболее приемлемым представляется привэдзннш годогыэ расхода. Потери мощности на реакторе определяются исходя из того, что напряжение на шинах тяговой" подстанции подчиняется нормальному закону распределения.

Предложенная методика проектирования реакторов с линейкой вобер-ампервоЯ характеристикой была апробирована при разработке сглаяиваюгдос реакторов постоянного тока, которые базируются на предложенных технологических принципах. При разработке учитывалось применение клинового паза и эквивалентного прямого паза. Как показали расчеты и испытания предлагаемая [,-етодака адекватно учитывает использование клинового папа, алгомаишю-ки внося поправку. Испытания реактора проводились на полигона ст.Щербинка. В результате испытаний на динамическую стойкость выявилось: -

-напряжения на реакторе затухавт по экспоненте; -в Еоздухе вдоль поверхности изолфукцих планок отрпмор-ные корош и скользящие разряда отсутствовали; -за все время испытаний следов дуги, позравданий обмотки и изолирующих элементов обнарунено кэ было. Собственная индуктивность реакторных секций, взаимная индуктивность двухсекционного комплекта производилась методом амперметра-вольтметра, при последовательном к параллельном соединении. По результатам расчета индуктивность одной сезсцип составила 6,25 мГн. По результатам измерения индуктивность одной секции составила 6,37 мГн, что подтверждает расчетные данные с точность до 2% . Суммарная индуктивность двух секций, при последовательном соединении го результатам расчета

составляла 19 мГн , а по результатам испытаний составила 19,295 мГн . При параллельном соединении суммарная индуитив-индуктивность по результатам расчета я измерений составляла соответственно 4,69 мГн и 4,81 мГн Коэффициент связи по результатам расчета в измерения -составлял соответственно 0,5 и 0,51. Па результата"« замероз параметров реактора можно сделать вывод, что погрешность предлагаемого метода проектирования не превышает 23.

основные вывода .

1. Существующие .реакторы, применяемые на электрифицированных г:0лэзных дорогах в качестве резонансных в установках шшенсации реактивной мощности, современным требованиям не соответствуют Необходим новый резонансный реактор конструкция, которого, была-бы основана на новых технологических принципах.

2. Определен ряд типовых мощностей компенсирующих устройств , в которых предполагается применение реактора.

3. Реактор долнен Сыть сухим, тлеть линейную Еебер-ампер-пул характеристику и сборную конструкции.

4. По соображениям электрической прочности реактор должен кызть кленовой паз и скользящий переход, мевду витками , в ра-даольпом направлении.

5.Разработана мэтодпкз оценки электрической прочности обмотки реактора в переходах , швду витками.

6.Разработан п реализован пз ПЭВМ универсальный способ расчета индуктивностей сухих реакторов с линейшй-вебер амперной характеристикой, на основе метода суммирования.

7.Разработан и реализован на ПЭШ метод проектирования

реакторов с оптимизацией геометрических параметров обмотки.

8.Предложено использование в качестве критерия оптимиза-ции-^гиводенных годовых расходов.

9.Отобраны материалы, пригодные для применения в изолиру-вдкх колоннах резонансных реакторов. Все материалы ез ряда стеклопла стиков.

10.Для различных условий производства, в зависимости от оснащенности материалами, оборудованием и пакетов заказов, предложат два стратеги! изготовления требуемой номенклатуры реакгоров-секционированные реакторы на базе двух секций и индивидуальное изготовление реактора для конкретного компенсирующего устройства.

II.Определены оптимальные параметры двух универсальных секций, по приведенным годовым расходам, в ценах 1990 г.

12.Определены оптимальные параметры двадцати четырех од-носокцконшис реакторов необходимых для применения в установках поперечной компенсации двенадцати различных значений мощности и двенадцати установок поперечной компенсации в гармошшоупор-ном исполнении.

13.Годовой экономический эффект от внедрения универсального резонансного реактора еа пластмассовой изоляции, по сравнении с базовым вариантом, как правило, составляат 2000 рублей для секции кмекщой номинальные параметры: 81- мГи к 113 А. Для секции , имеющей номинальные параметры - 41 кГн л 223 А, сто значение достигает 5000 рублей , на реакторный шдхлэкт.

14.Для реакторов, разрабатываемых по индивидуальной стратегии, годовой экономический эффект изменяется в пределах от 700 до 9000 рублей.

Осног.газ подожнут дассортации опубликован« а работах:

1.Дэрябш1 A.A. Проблвкн лрплепегош иовшс технологических ».•зториаиов для розошшшх. реакторов компенсирующих устройств: Toa. докл. XXXVIII пауч.-лракт. копф. ч.З. -Хабааровск ,1993, с.49-50.

Я.Расчет оптимальной конфигурации сухого реактора о при мепояием ЯЗВЫ / Дерябин A.A.: Моск. ш-т incx. я.д. трансп. им. Ф.Э.Дзврниаксого.-М.,1993,-10 с. Деп. в ВИНИТИ.

З.Елипшэ пароходов меящу витками на электрическую прочность изоляции сухого ропктсра/Дерябин A.A.,: Моск. кн-т шш. :::.д. трансп. ин.Ф. Э.Дзержиского,-М.,19ЭЗ. Дэп.в ВЙШТН.

Дерябин Андрей Анатольевич

РАЗРАБОТКА РЕАКТОРОВ НА ПЛАСТМАССОВОМ ИЗОЛЯЦИИ

ДЛЯ НС?ШГНСИРЛЩХ УСТРОЙСТВ ЭЖСТРИЧЕСКИХ ШЗЛЕЗПЫХ ДОРОГ 05,22.09 - Электрификация квлознодорожного транспорта

Подписано к печати 2f.0,l,9lf. Оорызт 60x8^ I/I6

Усл.-печ.л. ^ 7.5. Тнрэх /¿¿экз.

Заказ Бесплатно

IOI475, Мсск-Вб, Л-55, ;:д. Образцова» 15