Комбинированный электромагнитный экран для электрических воздушных реакторов

электродвижущие силы (ЭДС) Е & у^ =5,57е ^-190 В, которые создают в них токи ц^ = 3762е ^-'¹⁷⁸ А. Токами экранирующих витков в окружающем пространстве наводится магнитное поле, направленное встречно магнитному полю реактора. В точке Д напряж е нность магнитного поля, создаваемого экранирующими витками составляет Н_Э=265 А/м. В результате интенсивность магнитного поля снижается и значение результирующей напряж е нности в точке Д составляет Н_Р+Э=393 А/м.

Н, А/м

Рис. 1. МП, создаваемое однорядным реактором с двумя экранирующими витками

Применение электромагнитного экрана состоящего из двух экранирующих витков, расположенных по торцам обмотки реактора приводит к небольшой компенсации магнитного поля реактора. Это объясняется низким значением тока в экранирующих витках. Для увеличения эффекта экранирования целесообразно применение комбинированного электромагнитного экрана [1], который помимо экранирующих витков, расположенных по торцам обмотки реактора, содержит витки ЭДС, размещ е нные в зоне наибольшей интенсивности магнитного поля, т.е. на обмотке реактора. Витки ЭДС последовательно или параллельно соединяются с экранирующими витками, что приводит к увеличению протекающего в ЭВ1 и ЭВ2 тока.

Разместим экранирующие витки ЭВ1 и ЭВ2 на расстоянии 0,3 м от верхнего и нижнего торцов обмотки реактора. Пять витков ЭДС радиусом 0,7 м расположим в середине по высоте обмотки реактора. Витки ЭДС намотаны с шагом 10 см. Магнитным полем реактора в экранирующих витках наводится ЭДС Е y^ = Е уд2 = 6,1е ^--¹'⁹⁰ В, а в витках ЭДС

•

^ yan = 77,8е ^--¹'⁹⁰ В. Соединим последовательно экранирующий виток ЭВ1 с витками ЭДС шунтом Ш11, экранирующий виток ЭВ2 с витками ЭДС шунтом Ш12 и экранирующие витки — шунтом Ш2. Получим схему последовательного соединения комбинированного электромагнитного экрана (см. рис.2).

Рис. 2. Схема последовательного соединения комбинированного электромагнитного экрана

Значение тока в комбинированном электромагнитном экране определяется по выражению: &&&

I = ^EYAN + E YA 1 + ^EYA 2

^ky"r _е + >( L _г + 2 M , ) ^{, г}д^{е        R} _z = ^R YAN ^{+ R} YA 1 ^{+ R} YA 2 ^{+ R} 0 X ,

^L x ^Lyan ^{+ L}ya 1 ^{+ L}ya 2 , M _X= M ya 1 - ya ₂ + ^{+ 1} YAN - YA 1 ⁺ I YAN - YA 2 ^{и состав}Л^яет I _kY =4748е ^-'¹⁷⁹ A.

Током экранирующих витков и витков ЭДС на том же уровне созда е тся магнитное поле с наибольшим значением напряж е нности Н_КЭ=655 A/м в точке Д. При наложении магнитные поля реактора и комбинированного электромагнитного экрана (см. рис. 3) компенсируют друг друга, в результате чего на рассматриваемом уровне оста е тся магнитное поле с наибольшим значением напряж е нности Н_Р+КЭ =12 A/м на расстоянии ±1,9 м от оси реактора. Результирующее значение напряж е нности магнитного поля в точке Д составляет 11,8 A/м. На рис. 4 показана кривая распределения напряж е нности результирующего магнитного поля на уровне двух метров от верхнего торца реактора в увеличенном масштабе.

Рис. 3. МП, создаваемое над однорядным реактором с комбинированным электромагнитным экраном

Рис.4. Распределение Н_Р+КЭ на уровне 2 м над обмоткой реактора

Магнитные поля реактора и комбинированного электромагнитного экрана, как и создающие их токи, изменяются во времени с частотой 50 Гц. Поэтому напряж е нности Н _D ,

Нgy и Н^gy являются комплексными вели чинами. В точке Д они имеют названные значения модулей, а фазные углы совпадают с фазными углами создающих их токов.

Сбоку от реактора эффективность экранирования меньше. На расстоянии 3 м от оси обмотки реактора (см. рис.5) при изменении высоты по оси Z от -1 м до 2 м наибольшее значение напряж нности магнитного поля, создаваемого током в обмотке реактора, составляет Н_Р=187 А/м. Током комбинированного электромагнитного экрана созда е тся магнитное поле с наибольшим значением напряж е нности Н_Кэ= 167 А/м. В результате компенсации оста е тся магнитное поле с наибольшим значением напряж е нности Н_Р+Кэ=20 А/м.

Таким образом, применение комбинированного электромагнитного экрана позволяет снизить напряж е нность магнитного поля сверху на уровне двух метров от верхнего торца обмотки однорядного реактора с 658 А/м до 12 А/м, т.е. в 54,8 раза. При этом напряж е нность магнитного поля сбоку от реактора, на расстоянии 3 м от его оси снижается со 187 А/м до 20 А/м, т.е. в 9,4 раза.

Рис. 5. МП, создаваемое сбоку от однорядного реактора с комбинированным электромагнитным экраном

Рассмотрим многослойный реактор (см. рис. 6) содержащий N=32 слоя по 6 витков в каждом слое. Радиус внутреннего витка составляет 45 см, витки намотаны с шагом 5 см. Шаг намотки сло е в 3,5 см. Реактор содержит 4 параллельных ветви, с витками каждой из которых проведена транспозиция таким образом, чтобы электрические сопротивления ветвей были одинаковыми. Полный электрический ток, входящий в реактор составляет 2500 А, а величина тока, протекающего в каждой ветви, а значит и в каждом витке обмотки реактора, составляет 625 А. На расстоянии 30 см над и под обмоткой реактора установим экранирующие витки эВ1 и эВ2, каждые из которых состоят из двух сло е в по два витка в слое. Шаг намотки сло е в 10 см. Радиусы внутренних витков 0,9 м, шаг намотки витков в слоях 10 см. В середине обмотки реактора установим три витка ЭДС радиусом 0,82 м. шаг намотки витков ЭДС 10 см. Конец верхних экранирующих витков ЭВ1 последовательно соединены с началом витков ЭДС шиной Ш11, конец витков ЭДС с началом витков ЭВ2 шиной Ш12 и шина Ш2 замыкает конец витков ЭВ2 с началом витков ЭВ1.

Магнитным полем реактора в экранирующих витках наводится ЭДС:

Eyai = Еya2 = 42,1 a-j90‘ А.

а в витках ЭДС:

Ё^ = 82,8 а ⁹⁰ А которые создают в цепи комбинированного электромагнитного экрана ток:

i _Ёу = 34842 а⁴¹⁷⁹° А •

Электрический ток в экранирующих витках ЭВ1 и ЭВ2 и витках ЭДС созда е т магнитное поле комбинированного электромагнитного экрана, направленное встречно магнитному полю обмотки реактора. На расстоянии 2 м от верхнего торца обмотки реактора током в обмотке реактора созда е тся магнитное поле с наибольшим значением напряж е нности Н_Р=1243 А/м.

Наибольшее значение напряж е нности магнитного поля, создаваемого комбинированным электромагнитным экраном, составляет Н_КЭ=1240 А/м. Наибольшее значение напряж е нности результирующего магнитного поля составляет Н_Р+КЭ=88 А/м на расстоянии ±1,8 метра от оси обмотки реактора. Применение комбинированного электромагнитного реактора позволило уменьшить напряж е нность магнитного поля, создаваемого многослойным реактором более чем, в 14 раз: с 1243 А/м до 88 А/м. На оси обмотки реактора напряж е нность результирующего магнитного поля снижается до 16 А/м. На рисунке 7 показано распределение напряж нности Н_Р+КЭ результирующего магнитного поля на уровне 2-ух метров от верхнего торца обмотки реактора.

Рис. 6. МП, создаваемое над многослойным реактором с комбинированным электромагнитным экраном

Рис. 7. Распределение Н_Р+КЭ на уровне 2 м

Сбоку на расстоянии 3 м от оси обмотки реактора (см. рис.8) при изменении высоты по оси Z от -1 м до 2 м наибольшее значение напряженности магнитного поля, создаваемого током в обмотке реактора, составляет НР=372 А/м. Током комбинированного электромагнитного экрана создается магнитное поле с наи большим значением напряженности НКЭ=245 А/м. В результате компенсации остается магнитное поле с наибольшим значением напряженности: НР+КЭ=141 А/м. В этом случае напряженность магнитного поля уменьшается в 2,6 раза.

Рис. 8. Распределение напряженности МП на расстоянии 3 м сбоку от оси реактора

Выводы: комбинированные электромагнитные экраны способны обеспечить электромагнитную безопасность обслуживающего персонала подстанции и электромагнитную совместимость электрических реакторов с аппаратурой релейной защиты и автоматики, а также значительно снизить электромагнитное загрязнение окружающей среды.