SE512402C2 - Reaktor - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 512 402 2 En reaktor av denna typ för senast deklarerade ändamål ansluts före- trädesvis så att den kopplas in i serie mellan växelspänningsmat- ningen och en elektrisk apparat eller i nätet ifråga. Är fallet så att ap- paraten eller nätet är ansluten till två eller flera växelspänningsmat- ningar med eventuellt olika spänningsnivåer, kan det vara aktuellt att placera en reaktor av denna typ i serie mellan apparaten eller nätet och en eller flera av mätningarna. Detta kan exempelvis vara fallet för en transformator eller transmissionsledning. Förändringen av spän- ningen över en sådan reaktor kan sägas åstadkommas genom att den ekvivalenta induktans strömmarna i de olika lindningarna känner för- ändras vid speciella störningar, och därigenom reaktorns ekvivalenta reaktans förändras.

Det finns oftast ett önskemål om att reaktorn vid störningsfri matning av växelspänningen ej skall märkas, dvs spänningsfallet över denna bör vara så lågt som möjligt. Däremot finns det ett starkt önskemål om att uppnå ett mycket högt spänningsfall över reaktorn vid uppträdande av någon typ av störning för att därigenom motverka störningen och skydda nämnda utrustning framför allt mot höga strömmar. Dessa båda önskemål låter sig inte förenas hos tidigare kända reaktorer av detta slag, utan en kompromiss är nödvändig. Detta innebär, att i det fall det finns behov av ett mycket högt spänningsfall och därigenom en kraftigt strömbegränsande egenskap hos reaktorn vid ett osymmetriskt fel, då har det varit tvunget att acceptera ett inte obetydande spän- ningsfall över denna även under normal drift. Detta har gjort att oftast en mellanväg valts vid dimensionerande av sådana reaktorer, så att de blir "halvbra" i båda fallen.

En vanlig trefasreaktor har en plus- och minusföljdsinduktans som är minst lika stor som dess nollföljdsinduktans. Det betyder att om den nollföljdsström som uppstår vid t ex jordfel skall begränsas väsentligt med denna typ av reaktor, så kommer även spänningsfallet vid sym- metrisk växelspänning bli förhållandevis högt. l detta fall förekommer inte några nollföljdsströmmar, men vid uppträdande av osymmetri i växelspänningen mellan faserna på grund av fel eller andra störningar 10 15 20 25 30 35 512 402 då uppstår även nollföljdsströmmar, vilka man önskar begränsa.

Denna begränsning söker en reaktor av denna typ uppnå genom alst- rande av ett högt spänningsfall genom att införa en högre induktans.

Hos en trebensreaktor är nollföljdsinduktansen förhållandevis liten och den strömbegränsande effekten dålig, medan för en fembensreaktor nollföljdsinduktansen blir ungefär lika stor som plus- och minusföljds- induktanserna. Detta innebär att de senare måste väljas förhållande- vis stora för att nollföljdsströmmen skall känna en tillräckligt stor in- duktans för att reaktorns strömbegränsande inverkan skall bli god.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Det primära syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en reaktor av inledningsvis definierat slag, vilken gör det möjligt att komma till rätta med de ovan diskuterade, med tidigare kända reakto- rer förknippade problemen. Ett sekundärt syfte med uppfinningen är att anvisa en reaktor som har en sådan uppbyggnad att den uppvisar en förbättring med avseende på tidigare kända reaktorer av detta slag vad gäller enkelhet att tillverka den, tillförlitlighet och låga effektför- luster vid drift, pris etc, vilket gör den kommersiellt intressantare än tidigare kända reaktorer.

Det primära syftet uppnås genom att hos en reaktor av detta slag nämnda lindningar utförs så att de vid anslutning till nämnda spänning känner väsentligen samma magnetiska flöde.

Genom att nämnda lindningar är så utförda att de känner väsentligen samma magnetiska flöde, är det möjligt att utföra dessa så att detta magnetiska flöde blir väsentligen noll i normalfallet, dvs vid symmet- risk matning av flerfasväxelspänningen, vilket innebär att de olika strömmarna då i princip inte kommer att känna av någon induktans alls och spänningsfallet över lindningarna blir minimalt. Däremot skulle reaktorn kunna utformas på sådant sätt att självinduktansen hos de olika lindningarna är mycket stor och därigenom den induktans som en nollföljdsström skulle känna, dvs en ström som uppträder vid i.,,,l,illl,,r1;1i.,,. nllålnlllll. ill .ër:i;;_:, _ l'millllllllllllllfllll|||ll||ll|ll|l|||||l||lll|| |||||l ||||| |l|l| ||||ll||l|||||ll lll |l|||l|l||l lm lim llluliiiliililliiilliilllniulliuniiilillilniiiiiiilii inumniinlirililim :llmlii lin litt-rn 10 15 20 25 30 51-2 402 osymmetri, bli mycket stor och därigenom ett mycket högt spännings- fall krävs för drivande av en sådan ström, vilket skulle verka starkt strömbegränsande och hålla sådan nollföljdsström nere på acceptabel nivå. Då den uppfinningsenliga reaktorn inte stör den normala driften blir det på detta sätt möjligt att göra nollföljdsinduktansen mycket större än vad som skulle vara lämpligt för en traditionell reaktor, Häri- genom kan effektivt elektrisk utrustning skyddas, exempelvis trans- missionsnät skyddas mot överdrivna jordfelsströmmar efter kortslut- ning vid på en nätledning fallande träd eller dylikt. Reaktorns egen- skaper kan även utnyttjas i ett filter mot tredje övertonen och multiplar av denna. Reaktorn kan effektivt filtrera bort dessa övertoner medan grundtonen förblir opåverkad. Således kan genom en och samma re- aktor en kombination av strömbegränsningsanordning och tredjetons- filter uppnås, vilket kan vara mycket intressant även ur kostnadsin- besparingssynpunkt. Det påpekas att reaktorn begränsar strömmen passivt d v s nollföljdsströmmen begränsas automatiskt. Det behövs således ingen särskild detektion av nollföljdsströmmen, som sedan aktiverar en åtgärd, vilken begränsar nollföljdsströmmen. Detta betyder att tillförlitligheten till den uppfinningsenliga reaktorn är stor samt att underhållet av den kan vara litet. Detta är en stor fördel i många elektriska anläggningar. Däremot kan det ibland vara av intresse att detektera den uppkomna felströmmen för andra ändamål, tex för styrning av brytare. Denna detektering som är helt oberoende av felströmmen görs i så fall enklast genom någon form av detektering av det gemensamma magnetflödet.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är antalet faser, antalet lindningar, lindningarnas lindningsriktning samt varv per lind- ning så valda att vid en symmetrisk matning av flerfasväxelspän- ningen summan av de i lindningarna flytande strömmarna som driver det gemensamma magnetflödet är väsentligen noll. Härigenom uppnås således att den induktans dessa strömmar känner blir mycket låg vid den symmetriska matningen. Fördelarna med detta framgår av ovan. 10 15 20 25 30 5.12 402 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är antalet faser tre, och uppfinningen är speciellt väl lämpad för tre faser, då det i sådant fall blir enkelt att uppnå att summan av de i lindningarna fly- tande strömmarna som driver det gemensamma magnetflödet är vä- sentligen noll vid symmetrisk matning p g a fasförskjutningen pà 120° som dessa strömmar uppvisar. Summan av strömmarna som driver det gemensamma magnetflödet blir noll om tex lindningsvarven löper åt samma häll i kombination med ett lika stort antal Iindningsvarv hos till respektive fas hörande lindningar.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är lindning- arna tillhörande olika faser anordnade nära varandra. Härigenom blir det enklare att tillse att lindningarna kommer att känna väsentligen samma magnetiska flöde och storleken på läckflöden hålls nere. Detta är ett ofta nödvändigt särdrag i det fall rör sig om en luftreaktor, men inte lika viktigt i en reaktor med magnetiserbar kärna, ehuru oftast önskvärt även där.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är lindning- arna utförda kring en gemensam sluten magnetkrets, och enligt en ytterligare annan utföringsform innefattar reaktorn en lindningarna omgivande gemensam sluten magnetkrets. Genom att använda en så- dan sluten magnetkrets uppnås med enkelhet att lindningarna kommer att känna väsentligen samma magnetiska flöde, varvid detta magnetiska flöde går igenom denna magnetkrets, eller kärna, och att en mycket hög induktans kan kännas av osymmetribidraget till en ström vid uppträdande av osymmetrier i växelspänningsmatningen.

Spänningsfallet kan förändras inom mycket vida gränser, dvs reak- torns "sving" blir stort, och därigenom de strömbegränsande egenska- perna förbättras om väsentligen hela kärnan är magnetisk.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är reaktorns kärna magnetiserbar och bildar en väsentligen sluten slinga. Härigenom kan huvuddelen av det magnetiska flödet hållas inom kärnan och läckflö- l'll 'llllll ll” l llllll ll lll |ll'l|l 'll Illllll |'ll 10 15 20 25 30 512 402 6 den begränsas för att uppnå minsta möjliga spänningsfall vid symmet- _ risk matning.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen löper lind- ningarna med sina lindningsvarv kring och omsluter helt eller styckvis nämnda magnetkrets och vid fallet av en luftreaktor, dvs en reaktor som saknar magnetiserbar kärna för det magnetiska flödet, är det för- delaktigt om ett väsentligt helt omslutande sker, då på detta sätt läck- flödena kan hållas nere. En fördel med en luftreaktor är att den blir billigare, då den inte uppvisar någon kostsam kärna. En uppfinnings- enlig luftreaktor skulle även kunna dimensioneras för högre magnetfält än vad en sluten reaktor skulle kunna klara, så att hela konstruktionen kan komprimeras. En nackdel är att strömbegränsningsförmågan vid uppträdande av osymmetrier blir mindre hos en reaktor med luftkärna.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen omsluter magnetkretsen ett cirkelformat område. En sådan utformning innebär i fallet av en kretsen bildande magnetiserbar kärna att det går åt mindre material för denna, och att reaktorn kan göras billigare. l detta fall kan kärnan vara både magnetisk eller omagnetisk (luftkärna).

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen omsluter magnetkretsen ett rektangulärt område, vilket innebär att en traditio- nell magnetisk kärna kan användas i reaktorn.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av uppfinningen omslu- ter magnetkretsen ett triangulärt område, vilket kan vara av fördel ur tillverkningssynpunkt, då i fallet av trefas varje triangelben skulle kunna vigas åt lindningen eller lindningarna hos en speciell av nämnda faser.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen uppvisar magnetkretsen åtminstone ett luftgap. Härigenom uppnås att reak- torns induktans blir väsentligen linjär, vilket i vissa fall kan vara vikti- 10 15 20 25 30 35 512 402 7 gare att uppnå än den något bättre strömbegränsningsförmåga en sluten magnetiserbar kärna medför.

Det sekundära syftet med föreliggande uppfinning uppnås genom att hos en reaktor enligt patentkravet 1 åtminstone en av nämnda lind- ningar är åtminstone delvis bildad av en kabel i form av en böjlig elektrisk ledare med ett hölje som är kapabelt att innestänga det kring ledaren uppstående elektriska fältet.

Genom att det blir möjligt att väsentligen innesluta det elektriska fältet som uppträder på grund av nämnda elektriska ledare i isolationssys- temet kan reaktorn bli effektivare, dvs däri genererade förluster redu- ceras. Reduktionen av förluster ger i sin tur en lägre temperatur hos reaktorn, vilket reducerar behovet av kylning och gör det möjligt att utforma eventuellt förekommande kylinrättningar på ett enklare sätt än utan sådan utformning av nämnda lindningar. Kabeln kan åstadkom- mas i form av en flexibel kabel, vilket innebär väsentliga fördelar vad gäller tillverkning och montering ijämförelse med prefabricerade styva lindningar som har traditionellt använts fram till idag. Vidare resulterar användningen i ett på detta sätt uppnått isolationssystem med från- varo av gasformiga och vätskeformlga isoleringsmaterial med de nackdelar dessa är behäftade med.

En annan fördel med denna utföringsform är att det just i fallet av en för lindningarna gemensam magnetiserbar kärna hos reaktorn blir be- tydligt enklare att klara isolationen mellan lindningarna än vid konven- tionella härvor.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är samtliga lindningar bildade av en nämnd kabel. Detta gör att fördelarna med en sådan kabel kan utnyttjas optimalt, och speciellt kan därvid en genom ett användande av en sådan kabel möjliggjord annan utföringsform av uppfinningen, nämligen en sammanblandning av de olika lindningarna åtminstone delvis med varandra i den meningen att lindningsvarv till- hörande samma lindning har lindningsvarv tillhörande en annan lind- I llll lllllllllll lllll llll lll ll l llll lll lllllllllllll|llllll|ll-llllln~ ll llll | ll 10 15 20 25 30 35 512 402 8 ning och en annan fas helt eller delvis mellan sig, utnyttjas fullt ut.

Genom sådan sammanblandning av lindningar kan läckinduktanser hos reaktorn minskas, så att för en given induktans vid osymmetri den induktans som känns av vid symmetri kan minskas ytterligare. Denna induktans vid symmetri bildas ju företrädesvis uteslutande av sådan läckinduktans. Något dylikt sammanblandande av lindningar med var- andra är ju inte möjligt vid användande av konventionella härvor med annan typ av isolering.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfinningen framgår av övriga osjälvständiga patentkrav och efterföljande be- skrivning.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Här nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utföringsfor- mer av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 är en mycket schematisk vy illustrerande en möjlig användning av en reaktor enligt uppfinningen, fig 2-8 är snittvyer av reaktorer enligt föredragna utföringsformer av uppfinningen, och fig 9 är en perspektivvy av en kabel som är speciellt väl lämpad att användas för att bilda lindningar hos reaktorerna enligt upp- finningen, varvid olika delar av kabeln avlägsnats för att illust- rera dess uppbyggnad.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFOR- MER AV UPPFINNINGEN I fig 1 illustreras schematiskt hur en reaktor enligt uppfinningen kan anslutas i nätet för matning av trefas växelspänning till en last 1, ex- empelvis en växelströmsmotor. Reaktorn 2 innefattar tre lindningar 3- 10 15 20 25 30 512 4Û2 5, vilka är anslutna till varsin fas 6-8 hos växelspänningsnätet. Lind- ningarna är utförda kring en gemensam magnetiserbar kärna 9 av järn eller järnlegering. Lindningsvarven hos de olika lindningarna löper åt samma håll betraktat i riktningen bort från ett ställe för anslutning till flerfasväxelspänningen, och de uppvisar samma antal varv. Detta in- nebär att vid symmetrisk matning av trefasväxelspänningen kommer summan av de i lindningarna flytande strömmarna som driver det för dessa gemensamma magnetflödet igenom kärnan att vara väsentligen noll, så att plus- och minus-följdströmmarna i respektive lindning kommer att se en mycket liten induktans, även om självinduktansen för respektive lindning skulle vara mycket hög. Någon nollföljdsström förekommer ej vid symmetri hos växelspänningsmatningen.

Exempelvis kommer den inducerade spänningen U3 i lindningen 3 i ideala fall, ömsesidiga induktanserna mellan faserna anses vara lika stora som självinduktanserna för respektive fas, därvid att vara : d(l3 +l4 +|5) Us = Las dt (1) Där L33 är självinduktansen hos lindningen 3 och l3, |4 och Is ström- marna genom respektive lindning. Av (1) framgår att för fallet då summan av strömmarna i faserna är noll (plusföljds- och minusföljds- ström) då blir den inducerade spänningen i faserna noll, eftersom im- pedansen är noll och därmed uppträder ingen inverkan på kretsen, trots att L33 kan vara mycket stor. Finns det däremot en nollföljdskom- ponent i faserna, då kommer detta bidrag att se ett stort spänningsfall över reaktorn om L33 antas vara stor. Detta spänningsfall motsvarar en stor impedans och är därigenom strömbegränsande för noll- följdsströmmar. Sådan osymmetrisk belastning skulle kunna uppstå vid en kortslutning av en av faserna mot jord, och reaktorn kommer i ett sådant fall att verka kraftigt begränsande på storleken hos en så- dan kortslutningsström och skydda motorn, kraftnätet, generatorn, transformatorn eller annan elektrisk utrustning. 10 15 20 25 30 35 512 402 10 I fig 2 visas hur en reaktor enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen kan vara uppbyggd. Även denna reaktor liksom samtliga i det följande illustrerade är utformad för anslutning till trefas växel- spänning och uppvisar en lindning per fas, fastän uppfinningen, sà- som redan nämnts, ingalunda är begränsad till detta. Här är lindning- arna utförda kring en gemensam magnetiserbar kärna 9, vilken uppvi- sar en ringform. Lindningarna 3-5 är här bildade av en kabel 10 i form av en böjlig elektrisk ledare 11 med ett hölje 12 som är kapabelt att innestänga det kring ledaren uppstående elektriska fältet. Själva upp- byggnaden av en sådan kabel kommer att beskrivas längre fram. En fördel med att använda en sådan kabel just i fallet av en gemensam kärna är att det blir lättare att isolera de olika faserna relativt var- andra.

Vid symmetri hos växelspänningen kommer det i kärnan 9 alstrade magnetiska flödet att bli väsentligen noll, då de olika fasernas flöden tar ut varandra och det kommer endast att förekomma en förhållande- vis låg läckinduktans hos reaktorn på grund av läckflöden i luften.

Således är det i praktiken så att det gemensamma flödet som samtliga lindningar ser vid symmetri är väsentligen noll, och respektive fas ser väsentligen endast det egna läckflödet, medan vid osymmetri lind- ningarna kommer att se det gemensamma flödet i kärnan. l fig 3 visas en reaktor enligt en utföringsform, hos vilken de olika lindningarna är sammanblandande med varandra i den meningen att lindningsvarv tillhörande samma lindning har lindningsvarv tillhörande en annan lindning och en annan fas helt eller delvis mellan sig. På detta sätt blir det möjligt att få ned läckflödena och därigenom reak- torns läckinduktanser. En sådan blandning av lindningarna är endast möjlig tack vare ett användande av en kabel med ovan definierade ka- rakteristika, dvs vilken innestänger det kring ledaren uppstàende elektriska fältet. l fig 4 illustreras en reaktor enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, hos vilken en magnetiserbar kärna 9 omger lindning- 10 15 20 25 30 51Q 402 11 arna. En reaktor av denna typ brukar benämnas mantelreaktor. Därvid har kärnan toroidform, d v s är ett sammanhängande ringrör, och re- aktorn är i stort sett rotationssymmetrisk kring axeln 13. Lindningarna är ju inte riktigt rotationssymmetriska, utan spiralformade.

I fig 5 illustreras en uppfinningsenlig reaktor med en för lindningarna gemensam kärna 9 med konventionell rektangulär form, varvid lind- ningarna är utförda kring två av benen 14, 15. Ett luftgap 16 är här anordnat hos kärnan, vilket gör att nollföljdsinduktansen kan linearise- ras, vilket ofta torde vara önskvärt. Detta betyder dock att reaktorns strömbegränsningsförmàga blir något lägre på grund av en minskning av nollföljdsinduktansen.

Fig 6 illustrerar en variant av utföringsformen enligt fig 5 utan luftgap och med blandade lindningar för att minska läckflödena.

I fig 7 illustreras en reaktor enligt en ytterligare fördelaktig utförings- form av uppfinningen, och denna reaktor är en s k luftreaktor, d v s den uppvisar en luftkärna 17. Hos en sådan luftreaktor är det viktigt att lindningarna tillhörande olika faser är anordnade nära varandra, då det annars inte kan uppnås att lindringarna kommer att känna väsent- ligen samma magnetiska flöde. En nackdel med en luftreaktor är att det inte gär att uppnå lika hög induktans och därmed strömbegrän- sande verkan vid osymmetri, men i stället kan en luftreaktor bli billi- gare, då den inte har någon järnkärna, och eventuellt kan den även di- mensioneras för högre magnetfält, såsom 5T, i stället för exempelvis 2T hos en reaktor med järnkärna, så att hela konstruktionen kan komprimeras. Reaktorn är i stort sett rotationssymmetrisk kring axeln 13, men inte helt, då lindningarna är spiralformade. l fig 8 illustreras en ytterligare variant av en reaktor enligt uppfin- ningen, varvid här lindningarna är utförda kring det inre benet hos en konventionell kärna med tre ben. En sådana reaktor brukar benämnas vara av "shell-type“. Här kommer det gemensamma flödet att ledas i ~ 'willllllllllllflllllllllllllIllllllllllllIlll Illllíliilllniluinli|||||||i-uiinnilnilnlminlilliiiniimi| iniinnii in ilmlw llllllrlll n i» i» lllllnlllllllllllllm fnul» 10 15 20 25 30 35 512 4-02 12 mittbenet, medan de båda andra benen fungerar för återledning av flödet till mittbenet.

Reaktorerna beskrivna ovan kommer genom sin utformning automa- tiskt att fungera som filter för utsläckande av övertoner som är multip- lar av tre, d v s tredje, sjätte, nionde övertonen o s v, medan grundto- nen inte kommer att påverkas nämnvärt. l fig 9 illustreras uppbyggnaden hos en kabel av det slag som uppvi- sar en inre elektrisk ledare med ett hölje som är kapabelt att innestänga det kring ledaren uppstående elektriska fältet och är speciellt väl lämpad att användas hos en reaktor enligt uppfinningen.

Denna kabel uppvisar en inre böjlig elektrisk ledare 11 och ett hölje 12, som bildar ett isolationssystem, vilket innefattar en isolation 18 bildad av ett fast isolationsmaterial, företrädesvis ett polymerbaserat material, och utanför isolationen ett yttre skikt 19, som har en elektrisk konduktivitiet som är högre än isolationen för att det yttre skiktet genom anslutning till jord eller eljest relativt låg potential skall förmå dels att fungera potentialutjämnande, dels att i huvudsak innestänga det på grund av nämnda elektriska ledare 11 uppstående elektriska fältet innanför det yttre skiktet 19. Vidare bör det yttre skiktet ha en resistivitet som är tillräcklig för att minimera elektriska förluster i det yttre skiktet. lsolationssystemet innefattar vidare ett inre skikt 20, vilket har nämnda åtminstone ena elektriska ledare 11 anordnad innanför sig och besitter en elektrisk konduktivitet som är lägre än den hos den elektriska ledaren men tillräcklig för att det inre skiktet skall fungera potentialutjämnande och därmed utjämnande vad avser det elektriska fältet utanför det inre skiktet. En sådan kabel är således av ett slag motsvarande kablar med fast extruderad isolation idag använda inom kraftdistribution, t ex s k PEX-kablar eller kablar med EPR-isolation. Den använda termen “fast isolationsmateriaf' in- nebär att lindningen skall sakna vätskeformig eller gasformig isolation, exempelvis i form av olja. l stället avses isolationen bildas av ett po- lymeriskt material. Även de inre och yttre skikten är bildade av ett po- lymeriskt material, ehuru ett halvledande sådant. isolationen 18 kan 10 15 20 25 30 512-402 13 utgöras av ett fast termoplastiskt material, såsom lågdensistetspolye- ten (LDPE), högdensistetspolyeten (HDPE), polypropylen (PP), poly- butylen (PB), polymetylpenten (PMP), tvärbunden polyetylen (XLPE) eller gummi såsom etylen-propylengummi (EPR) eller silikongummi.

Vad gäller resistiviteten hos det inre skiktet och det yttre skiktet bör denna ligga inom områdetZ10'6Qcm - 100 kQcm, lämpligen 10'3-100OQ cm, företrädesvis 1-500Qcm. För det inre och yttre skiktet är en resi- stans som per meter ledare/isolationssystem ligger inom omrâdet 50u Q - SMQ fördelaktig.

Den elektriska belastningen på isolationssystemet minskar som en konsekvens av faktumet att de inre och yttre skikten av halvledande material kring isolationen kommer att tendera att bilda väsentligen ekvipotentiella ytor och pà detta sätt kommer det elektriska fältet i isolationen att fördelas förhållandevis likformigt över isolationens tjocklek.

Vidhäftningen mellan isoleringsmaterialet och de inre och yttre halvle- dande skikten måste vara likformig över väsentligen hela gränsytan däremellan, så att inga hålrum, porer eller dylikt kan uppstå. Detta är naturligtvis speciellt viktigt vid högspänningsapplikationer, och en ka- bel av detta slag har företrädesvis ett isolationssystem utformat för hög spänning, lämpligen över 10kV, särskilt över 36kV och företrä- desvis över 72,5 kV. Vid sådana höga spänningar ställer uppkomna elektriska och termiska belastningar mycket höga krav på isolations- materialet. Det är känt att s k delurladdningar, PD, i allmänhet utgör ett allvarligt problem för isoleringsmaterialet vid högspänningsinstal- lationer. Om hålrum, porer eller dylikt skulle bildas vid ett isolerings- skikt, skulle inre corona-urladdningar kunna uppträda vid höga elek- triska spänningar, varigenom isoleringsmaterialet gradvis försämras och resultatet skulle kunna bli elektriska genombrott genom isolatio- nen. Detta skulle kunna leda till ett allvarligt sammanbrott hos reak- torn. 10 15 20 25 30 35 512 402 14 För att undvika uppträdande av dylika hàlrum eller porer är det av för- del att de inre och yttre skikten och den fasta isoleringen uppvisar vä- sentligen lika termiska egenskaper, varvid det är speciellt viktigt att de har väsentligen samma värmeutvidgningskoefficient, så att perfekt vidhäftning mellan de olika skikten kan bibehållas vid temperaturför- ändringar hos dessa och kabeln expanderar och drar ihop sig likfor- migt som en monolitisk kropp vid temperaturförändringar utan någon förstörelse eller försämring av gränsytorna. För exempelvis en PEX- kabel är det isolerande skiktet av tvärbunden lågdensitetspolyeten och de halvledande skikten av polyeten med inblandade sot- och metall- partiklar. Volymförändringar till följd av temperaturförändringar upptas helt som radieförändringar i kabeln, och tack vare den jämförelsevis ringa skillnaden hos skiktens värmeutvidgningskoefficienter i förhål- lande till den elasticitet som dessa material har, kommer kabelns ra- diella expansion att kunna ske utan att skikten lossnar från varandra.

Kabeln måste vidare uppvisa sådan böjlighet, att den är böjlig ned till en krökningsradie som understiger 25 gånger kabelns diameter för att böjning skall kunna ske under säkerställande av god vidhäftning mel- lan respektive skikt och den fasta isoleringen. Lämpligen är kabeln böjlig till en krökningsradie understigande 10 x kabeldiametern, och företrädesvis till en krökningsradie understigande 5 x kabeldiametern.

För att icke inducera onödiga skjuvspänningar i gränszonen mellan de olika skikten i isolationssystemet bör de olika skiktens elasticitetsmo- dul vara väsentligen lika, så att en reduktion kan ske av de skjuvspänningar som kan uppstå mellan de olika skikten vid utsät- tande av kabeln för kraftig böjning innebärandes dragspänningar på böjutsidan och tryckspänningar på böjinsidan.

Uppflnningen är givetvis inte begränsad till de ovan beskrivna före- dragna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till modifikatio- ner därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke, sådan denna definieras i bifogade patentkrav. 10 15 20 512 4Ü2 15 Lindningarna skulle naturligtvis kunna anordnas på annat inbördes sätt än vad som är visat i figurerna, och det ändå uppnås att de kän- ner väsentligen samma magnetiska flöde, varvid dessa i vissa fall skulle kunna anordnas längre i sär för att uppnå en viss efterfrågad Iäckinduktans.

Som tidigare nämnts och visats kan även magnetmaterialet omsluta lindningarna. Fallet att tre faser omsluts av ett magnetiskt rör svarar mot en reaktor med ett varv per lindning. Finns det flera varv kan de sluta sig på utsidan av röret. Sluts röret i t ex en cirkel så kan varven sluta sig helt inuti röret. Detta senaste fall svarar mot en ovan diskute- rad mantelreaktor. Magnetmaterialet behöver inte heller omsluta lind- ningarna "hela-varvet runt”. Liksom i den kärna som brukar benämnas ”shell-type" kan magnetmaterialet sluta sig utanför lindningarna i två magnetiska âterledare som endast täcker en liten del av lindningarnas periferi. Röret behöver inte vara gjort i ett enda stycke. Det kan bestå av flera bitar som monteras samman, men det kan också bildas ge- nom att magnetisk tejp eller tråd lindas kring faserna. Tvärsnittet på röret kan vara godtyckligt cirkulärt, fyrkantigt o s v.

Olika kombinationer av luftgap hos en reaktorkärna är även möjliga.

Listan på möjliga variationer av den uppfinningsenliga reaktorns upp- byggnad inom ramen för uppfinningstanken skulle kunna göras oänd- ligt lång.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 512 402 16 Patentkrav . Reaktor innefattande ett flertal lindningar (3-5) utformade att var och en anslutas till en fas (6-8) hos en flerfasväxelspänning, varvid lindningarna är utförda så att de vid anslutning till nämnda spänning känner väsentligen samma magnetiska flöde, kännetecknad därav, att åtminstone en av nämnda lindningar (3-5) är åtminstone delvis bildad av en kabel (10) i form av en böjlig elektrisk ledare (11) med ett hölje (12) som är kapabelt att innestånga det kring ledaren uppstående elektriska fältet. . Reaktor enligt krav 1, kännetecknad därav, att antalet faser (6-8), antalet lindningar (3-5), lindningarnas lindningsriktning samt varv per lindning är så valda att vid symmetrisk matning av flerfasväxelspänningen summan av de i lindningarna flytande strömmarna som driver det gemensamma magnetflödet är väsentligen noll. . Reaktor enligt krav 1 eller 2, kännetecknad därav, att antalet faser är tre. . Reaktor enligt något av kraven 1-3, kännetecknad därav, att lindningarna tillhörande olika faser är anordnade nära varandra. _ Reaktor enligt något av kraven 1-4, kännetecknad därav, att lindningsvarven hos de olika lindningarna (3-5) löper åt samma håll betraktat i riktning bort från ett ställe för anslutning till flerfasväxelspänningen. . Reaktor enligt något av kraven 1-5, därav, att lindningarna är utförda kring en gemensam sluten magnetkrets (9, 16). 10 15 20 25 30 35 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 512 402 17 . Reaktor enligt något av kraven 1-5, kännetecknad därav, att den innefattar en lindningarna omgivande gemensam sluten magnetkrets (9,16). . Reaktor enligt krav 6 eller 7, kännetecknad därav, att magnetkretsen (9, 16) består av ett eller flera material med eventuellt olika magnetiska egenskaper som kan vara kopplade l godtyckligt antal kombinationer. Reaktor enligt krav 6, 7 eller 8, kännetecknad därav, att minst ett av materialen i den magnetiska kretsen (9, 16) är av järn eller en järnlegering. Reaktor enligt något av kraven 6, 7 eller 8, kännetecknad därav, att magnetkretsen (9) består helt av järn eller en järnlegering. Reaktor enligt något av kraven 6-9, kännetecknad därav, att minst ett av materialen (9, 16) i den magnetiska kretsen (16) är omagnetiskt. Reaktor enligt krav 11, kännetecknad därav, att ett av de omagnetiska materialen (9, 16) är luft. Reaktor enligt krav 12, kännetecknad därav, att magnetkretsen (17) består helt av luft. Reaktor enligt kraven 6-12, kännetecknad därav, att magnetkretsen uppvisar åtminstone ett luftgap (16). Reaktor enligt något av kraven 6-14, kännetecknad därav, att nämnda magnetkrets (9, 16) omsluter ett cirkelformat område. Reaktor enligt något av kraven 6-14, kännetecknad därav, att nämnda magnetkrets (9, 16) omsluter ett rektangulärt område. lll l 1' l' lll lllllll 10 15 20 25 30 35 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 512 402 18 Reaktor enligt något av kraven 6-14, kännetecknad därav, att nämnda magnetkrets (9, 16) omsluter ett triangulärt område. Reaktor enligt något av kraven 6-17, kännetecknad därav, att varje fas (6-8) är kopplad till endast en lindning (3-5) med endast ett varv. Reaktor enligt krav 18, kännetecknad därav, att varvet kan bilda en slinga betydligt större än området kring reaktorn. Reaktor enligt något av' kraven 6-19, kännetecknad därav, att lindningarna (3-5) med sina Iindningsvarv löper kring och helt eller styckvis omsluter nämnda magnetkrets (9,16). Reaktor enligt något av kraven 6-19, kännetecknad därav, att lindningarna (3-5) med sina lindningsvarv omsluter en del eller ett fåtal delar av nämnda magnetkrets (9, 16). Reaktor enligt något av kraven 6-19, kännetecknad därav, att magnetkretsen (9, 16) helt eller styckvis omsluter lindningarna. Reaktor enligt något av kraven 6-19, kännetecknad därav, att magnetkretsen (9, 16) omsluteer en del eller ett fåtal delar av lindningen. Reaktor enligt något av kraven 1-23, kännetecknad därav, att lindningarna år anordnade pà en gemensam bärare (21) av icke magnetiskt material. Reaktor enligt något av kraven 1-24, kännetecknad därav, att samtliga lindningar är bildade av en nämnd kabel. Reaktor enligt något av kraven 1-25, kännetecknad därav, att de olika lindningarna (3-5) är åtminstone delvis sammanblandade med varandra i den meningen att lindningsvarv tillhörande samma lindning har lindningsvarv 10 15 20 25 30 35 27. 28. 29. 30. 31. 512 402 19 tillhörande en annan lindning och en annan fas helt eller delvis mellan sig. Reaktor enligt nàgot av kraven 1-26, varvid höljet innefattar ett isolationssystem, kännetecknad därav, att lsolationssystemet innefattar en isolation (18) bildad av ett fast isolationsmaterial och utanför isolationen ett yttre skikt (19), som har en elektrisk konduktivitet som är högre än den hos isolationen för att det yttre skiktet genom anslutning till jord eller eljest relativt låg potential skall förmå dels att fun- gera potentialutjämnande, dels att l huvudsak innehålla det pà grund av nämnda elektriska ledare (11) uppstàende elektriska fältet innanför det yttre skiktet. Reaktor enligt nàgot av kraven 1-26, varvid höljet innefattar ett isolationssystem, kännetecknad därav, att isolationssyste- met innefattar en isolation (18) bildad av ett fast isolationsmaterial och innanför isolationen ett inre skikt (20), att nämnda åtminstone ena elektriska ledare (11) är anordnad innanför det inre skiktet och att det inre skiktet har en elek- trisk konduktivitet som är lägre än den hos den elektriska ledaren men tillräcklig för att det inre skiktet skall fungera po- tentialutjämnande och därmed utjämnande vad avser det elektriska fältet utanför det inre skiktet. Reaktor enligt krav 27 eller 28, kännetecknad därav, att de inre och yttre skikten och den fasta isoleringen uppvisar vä- sentligen lika termiska egenskaper. Reaktor enligt nàgot av kraven 27-29, kännetecknad därav, att det inre och/eller yttre skiktet (19, 20) innefattar ett halvledande material. Reaktor enligt nàgot av kraven 27-30, kännetecknad därav, att det inre skiktet och/eller det yttre skiktet (19, 20) har en |l|ll||ll|||l|l l|| |llll||l | | ill i | in | 10 15 20 25 30 32. 33. 34. 35. 36. 37. 512 402 20 resistivitet inom området 1O-6Qcm - 100 kQcm, lämpligen 10- 3 - 1000Qcm, företrädesvis 1-500Qcm. Reaktor enligt något av kraven 27-31, kännetecknad därav, att det inre skiktet och/eller det yttre skiktet (19, 20) har en resistans som per meter Iedare/isolationssystem ligger inom området SOpQ - 5 MQ. Reaktor enligt något av kraven 27-32, kännetecknad därav, att den fasta isoleringen (18) och det inre skiktet (20) och/eller det yttre skiktet (19) utgörs av polymera material. Reaktor enligt något av kraven 27-33, kännetecknad därav, att det inre skiktet (20) och/eller det yttre skiktet (19) och den fasta isoleringen (18) år fast förbundna med varandra över väsentligen hela gränsytan, för att säkerställa vidhäftnlng även vid böjning och temperaturförändring. Reaktor enligt något av kraven 27-34, kännetecknad därav, att den fasta isolationen (18) och det inre skiktet (20) och/eller det yttre skiktet (19) är av material med hög elasticitet för att bibehålla den inbördes vidhäftningen vid påfrestning under drift. Reaktor enligt krav 35, kännetecknad därav, att den fasta isolationen (18) och det inre skiktet (20) och/eller det yttre skiktet (19) är av material med väsentligen lika elasticitetmodul. Reaktor enligt något av kraven 27-36, kännetecknad därav, att det inre skiktet (20) och/eller det yttre skiktet (19) och den fasta isoleringen (18) utgörs av material med väsentligen lika termiska utvidgningskoefficienter. 10 15 512 402 21 38.Reaktor enligt något av kraven 27-37, kännetecknad därav, 39. 40. 41. att det inre skiktet (20) är i elektrisk kontakt med den åtminstone ena elektriska ledaren (11). Reaktor enligt krav 38, kännetecknad därav, att nämnda åtminstone ena elektriska ledare (11) innefattar ett antal kardeler och att åtminstone en kardel hos den elektriska ledaren är åtminstone delvis oisolerad och anordnad i elektrisk kontakt med det inre skiktet (20). Reaktor enligt något av kraven 27-39, kännetecknad därav, att ledaren och dess isolationssystem är utformade för hög spänning, lämpligen över 10 kV, särskilt över 36 kV och företrädesvis över 72,5 kV. g Reaktor enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att den är utformad att med lindnlngarna anslutas till en hög spänning, lämpligen över 10 kV, särskilt över 36 kV och företrädesvis över 72,5 kV. Il l