ТРАНСФОРМАТОР ТОКА Российский патент 1994 года по МПК H01F40/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным измерительным трансформаторам тока.

Известный трансформатор тока [1] выполнен звеньевого типа с изоляцией, распределенной между первичной и вторичными обмотками. Первичная обмотка представляет собой петлю, охватывающую комплект вторичных обмоток, и состоит из четырех секций. Фарфоровая цилиндрическая покрышка закреплена к цоколю. Маслорасширитель, выполненный в виде металлической отливки, установлен на верхнем торце покрышки. В стенках маслорасширителя укреплены линейные выводы первичной обмотки. Наружная часть выводов служит для подсоединения токоподводящих шин, а к внутренней части выводов подсоединяются начало и конец первичной обмотки. К другим выводным концам секций первичной обмотки крепится устройство для переключения коэффициента трансформации (переключатель секций). Переключатель секций (см. Афанасьев В.В. и др. Трансформаторы тока. Л.: Энергоатомиздат, 1989, с. 340, рис. 8-48) расположен внутри маслорасширителя выше уровня масла и представляет собой изоляционную конструкцию, на которой закреплены выводы четырех секций первичной обмотки. С помощью перемычек секции обмотки могут соединяться последовательно, последовательно-параллельно или параллельно, что позволяет получать различные коэффициенты трансформации в соотношении 1:2:4.

Недостатки известного трансформатора: сложная материалоемкая и дорогостоящая конструкция, не технологична (неудобна в сборке), конструкция переключателя секций обмотки гигроскопична, так как вытягивает влагу из масла, возможна сминаемость изоляционной планки переключателя.

Известный трансформатор тока, принятый за прототип, [2] состоит из первичной и вторичной обмоток, изолированных кабельной бумагой и помещенных в фарфоровую покрышку, заполненную трансформаторным маслом. Первичная обмотка состоит из четырех секций, что делает возможным использование трансформатора на три номинальных первичных тока в отношении 1:2:4. Обмотки и фарфоровая покрышка установлены на металлическом цоколе. Крепление фарфоровой покрышки к цоколю осуществляется с помощью отдельных сухарей, укрепленных на общем кольце, охватывающем нижнюю часть покрышки. Наверху фарфоровой покрышки установлен металлический маслорасширитель. Маслорасширитель (см. Афанасьев В.В. и др. Трансформаторы тока. Л.: Энергоатомиздат, 1989, с. 327, рис. 8-31) имеет фланец, который служит для крепления его к фарфоровой покрышке. Линейные (контактные) выводы от первичной обмотки проходят в отверстия. Одни отверстия служат для прохода в маслорасширитель выводных концов первичной обмотки, а другие отверстия - для крепления стержня, поддерживающего первичную обмотку. Маслорасширитель закрыт крышкой, в которую ввернут воздухоосушитель. Линейные выводы первичной обмотки соединены с переключателем первичной обмотки, расположенным в маслорасширителе.

Известный переключатель секций первичной обмотки трансформатора тока (см. Афанасьев В.В. и др. Трансформаторы тока. Л.: Энергия, 1980, с. 215, рис. 7-6 или Бачурин Н.И. Трансформаторы тока, М.-Л.: Энергия, 1964, с. 338, рис. 12-20) состоит из восьми контактных угольников, к вертикальным полкам которых присоединены выводные концы секций первичной обмотки. Угольники обозначены метками I, II, III, IV, V, VI, VII и VIII, из которых нечетные соответствуют началам секций, а четные - их концам. Наружные линейные выводы первичной обмотки обозначены метками Л₁ и Л₂. Метке Л₁ соответствует начало первичной обмотки, метке Л₂ - ее конец. Выводы Л₁, Л₂ укреплены в стенках маслорасширителя и представляют собой латунные нарезные стержни, заканчивающиеся плоскими "лопатками", предназначенными для непосредственного присоединения к трансформатору токоподводящих шин высоковольтной линии. Вывод Л₁ изолирован от маслорасширителя с помощью фарфоровой втулки, а вывод Л₂ электрически соединен с ним. К внутренним концам выводов Л₁ и Л₂ присоединены выводные концы первичной обмотки: к выводу Л₁ - начало первой секции обмотки, имеющее метку I, а к выводу Л₂ - конец последней (четвертой) секции, имеющий метку VIII. Остальные концы обмотки, имеющие метки II, III, IV, V, VI и VII соответственно, соединены с контактными угольниками, укрепленными на изолирующей панели, закрепленной между гайками, находящимися на верхних концах вертикальных стоек, ввинченных в дно маслорасширителя. Угольники могут соединяться между собой (в определенном сочетании) с помощью соединительных планок, расположенных над изолирующей панелью. На изолирующей панели размещены таблички со схемами переключения, соответствующими различным положениям переключателя.

Недостатки прототипа: сложность конструкции, избыточное количество механически изготовляемых деталей, крепежных деталей и т.п., металлоемкость конструкции переключателя, создаваемая за счет соединительных планок, стоек и контактных угольников, повышенная трудоемкость механосборочных работ.

Целью изобретения является упрощение конструкции, уменьшение металлоемкости и материалоемкости, увеличение надежности и улучшение условий эксплуатации.

Цель достигается тем, что в трансформаторе тока содержится секционированная обмотка с наружными линейными выводами, размещенная в фарфоровой покрышке, на которой установлен металлический маслорасширитель, внутри которого секции обмотки удерживаются с помощью обмоткодержателя, выполненного с подтягивающим болтом. Выводные концы секций обмотки пропущены через окно в днище маслорасширителя и соединены между собой перемычками.

Трансформатор снабжен фиксирующими планками и опорной пластиной, которая установлена на днище маслорасширителя и перекрывает окно, которое выполнено в виде узкого прямоугольника, меньший размер которого расположен по оси линейных выводов, а больший размер равен внутреннему диаметру маслорасширителя.

Выводные концы секций обмотки приближены к продольной оси обмотки. Подтягивающий болт обмоткодержателя упирается в опорную пластину. Перемычки выполнены U-образной формы и внешними поверхностями параллельных сторон прилегают к выводным концам секций, с которыми закреплены в одной плоскости, параллельной оси линейных выводов.

Фиксирующие планки установлены ниже перемычек и выше оси линейных выводов, замыкают секции с двух сторон поперек перемычек и скреплены между собой с помощью болтов.

По обе большие стороны прямоугольного окна выполнены сквозные проемы, которые расположены симметрично один возле другого. Между близлежащими проемами и окном образована Т-образная перегородка. В средней части перегородки выполнены отверстия для крепления опорной пластины.

Между параллельными сторонами перемычек установлены контактные втулки. Втулки закреплены в одной плоскости с перемычками и выводными концами секций.

Фиксирующие планки выполнены с углублениями. Фиксирующие планки выполнены из изоляционного материала. Направление волокон в планках совпадает с продольной осью.

На фиг. 1 изображен предлагаемый трансформатор тока, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, переключатель секций первичной обмотки, параллельное соединение; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 и 5 - комплект обмоток; на фиг. 6 - сечение В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - сечение Г-Г на фиг. 3, первый вариант исполнения маслорасширителя; на фиг. 8 - сечение Г-Г на фиг. 3, второй вариант исполнения маслорасширителя; на фиг. 9-12 - фиксирующая планка; на фиг. 13-15 - схемы соединений секций первичной обмотки.

Трансформатор тока содержит секционированную первичную обмотку 1, состоящую из четырех одновитковых секций 2 U-образной формы, и представляет собой многовитковую петлю. В отличие от известной конструкции выводные концы секций 2 первичной обмотки 1 расположены более компактно, т.е. приближены к продольной оси первичной обмотки, что позволяет протянуть ветвь отдельно изолированной обмотки 1 через окно вторичной обмотки 3 и осуществить сборку готовых изолированных обмоток 1, 3, исключив ручную намотку. Для поддержания первичной обмотки 1 в веpтикальном положении и обеспечения плотного прилегания петли первичной обмотки к вторичной обмотке 3 служит обмоткодержатель 4. С помощью обмоткодержателя, расположенного в верхней части первичной обмотки 1, обмотки 1, 3 фиксируются относительно друг друга. Обмоткодержатель 4 имеет изоляционные стягивающие планки 5, между которыми по центру установлена металлическая колодка 6, служащая для подъема первичной обмотки 1. В колодку 6 ввинчивается стальной упорный болт 7, который служит для подтягивания первичной обмотки 1. Для повышения электродинамической стойкости ветви первичной обмотки 1 скрепляются бандажом 8 на специальной деревянной колодке 9. Бандаж, выполненный изоляционной лентой типа ЛСБ, в натянутом положении фиксируется клином 10 в отверстии 11, выполненном в колодке 9.

С помощью переключателя 12 выводные концы секций 2 первичной обмотки 1 соединяются параллельно или параллельно-последовательно, или последовательно. Переключатель 12 позволяет менять коэффициент трансформации в соотношении 1:2:4. Трансформатор заполнен изоляционной жидкостью (маслом) 13. Металлический маслорасширитель 14 с наружным кольцевым фланцем 15 установлен на фарфоровую покрышку 16. Переключатель 12 секций расположен внутри маслорасширителя 14 несколько выше уровня масла 13. Фарфоровая покрышка 16 крепится к цоколю 17, а сверху маслорасширителя 14 установлена металлическая крышка 18, через которую осуществляется доступ к переключателя 12 секций. Наружные линейные вводы 19 и 20 первичной обмотки 1 представляют собой медные нарезные стержни, заканчивающиеся плоскими "лопатками". В корпусе маслорасширителя 14 выполнено отверстие 21 для размещения в нем одного из наружных линейных выводов 19, изолированного от корпуса через изоляционную втулку 22 и соединенного с одним из выводных концов секции 2 первичной обмотки 1 с помощью контактного элемента (контактной пластины) 23. Другой выводной конец секции 2 обмотки 1 подсоединен к второму контактному элементу (контактной пластине) 24, расположенному на уровне размещения линейного вывода 20. Наружный линейный вывод 20 выполнен заодно с корпусом маслорасширителя 14, и контактный элемент 24 подсоединен непосредственно к внутренней поверхности корпуса маслорасширителя 14. К днищу маслорасширителя прикреплена металлическая опорная пластина 25, в которую упирается стальной болт 7 обмоткодержателя 4. При вращении болта 7 производится подтягивание первичной обмотки 1 для плотного прилегания к вторичной обмотке 3 в окне последней. В отличие от известного маслорасширителя в днище маслорасширителя 14 выполнено одно окно 26 в виде узкого прямоугольника. Меньший размер окна 26 лежит по оси линейных выводов 19, 20. По оси маслорасширителя 14, перпендикулярной оси линейных выводов 19, 20, лежит больший размер прямоугольного окна 26, равный внутреннему диаметру маслорасширителя. Наружный кольцевой фланец 15 маслорасширителя 14 усилен ребрами 27. Они располагаются через 72^о, начиная от оси линейных наружных выводов 19, 20.

При втором варианте исполнения маслорасширителя 14 в его днище выполняются сквозные проемы 28, расположенные по обе большие стороны прямоугольного окна 26 симметрично один возле другого, что улучшает конвекцию трансформаторного масла 13 и процесс охлаждения в трансформаторе. Между каждыми двумя близлежащими проемами 28 и окном 26 в маслорасширителе 14 образуется Т-образная перегородка 29, в средней части которой выполняется отверстие 30 для крепления опорной пластины 25.

Выводные концы секций 2 каждой ветви первичной обмотки 1 замыкаются с помощью перемычек 31, которые выполнены U-образной формы, т.е. компактность расположения выводных концов секций 2 обмотки 1 позволяет соединить их между собой U-образными перемычками 31, т.е. своими внешними поверхностями параллельных сторон перемычки 31 прилегают к выводным концам секций 2. Между параллельными сторонами перемычек 31 установлены металлические контактные втулки 32, обеспечивающие электрический контакт. Крепление перемычек 31, выводных концов секций 2 и контактных втулок 32 осуществляется болтовыми креплениями 33 в одной плоскости, параллельной оси линейных выводов 19, 20.

От воздействия токов КЗ выводные концы секций 2 обмотки 1 скрепляются фиксирующими планками 34 прямоугольного сечения из изоляционного материала, например слоистого пластика ДСП. Каждая в отдельности планка 34 выполнена с углублениями 35 и выступами 36. Планки 34 установлены ниже перемычек 31 и расположены с двух сторон выводных концов секций 2 поперек перемычек 31 и выше оси линейных выводов 19, 20. В напротив расположенных углублениях 35 планок 34 зафиксированы выводные концы секций 2 от продольных перемещений. Между собой планки 34 механически скреплены с помощью болтов 37, для которых в планках 34 выполнены отверстия 38. Для исключения разрушений планок 34 направление волокон в них совпадает с их продольной осью, что уменьшает электродинамические усилия при токах КЗ, так как направление усилий совпадает с направлением волокон.

На фиг. 14 осуществляется применение переключателя 13 секций с использованием плоских перемычек 39.

В процессе эксплуатации трансформатора может возникнуть необходимость изменения коэффициента трансформации с помощью переключателя 12, доступ к которому обеспечивается снятием крышки 18.

Параллельное или последовательно-параллельное, или последовательное соединение секций 2 первичной обмотки 1 производится путем перестановки перемычек 31 или 39 переключателя 12. При токе 2000 А - параллельное соединение секций 2 первичной обмотки 1, при токе 1000 А - последовательно-параллельное соединение секций 2 первичной обмотки 1; при токе 500 А - последовательное соединение.

При переключении на ток 500 А U-образные перемычки 31 отсутствуют и соединение секций 2 осуществляется перемычками 39 в виде плоских шин. При токе 2000 А плоские шины отсутствуют. В переключателе 12 соединение осуществляется только U-образными перемычками 31. При токе 1000 А - комбинированный вариант, при котором используются перемычки 31 и 39.

Предлагаемый трансформатор тока позволяет повысить надежность и качество, снизить трудоемкость и материальные затраты, уменьшить металлоемкость, повысить электродинамическую устойчивость к токам КЗ, упростить конструкцию переключателя.

Использование: в электротехнике, в частности в высоковольтных измерительных трансформаторах тока. Сущность изобретения: трансформатор тока содержит секционированную первичную обмотку 1, состоящую из четырех одновитковых секций V-образной формы, которая представляет собой многовитковую петлю. Для поддержания перчивной обмотки 1 в вертикальном положении и обеспечения плотного прилегания петли первичной обмотки во вторичной обмотке 3 служит обмоткодержатель. В днище маслорасширителя 14 выполнено окно прямоугольной формы, меньший размер которого расположен по оси линейных выводов 19, 20. Опорная пластина установлена на днище маслорасширителя 14 поперек окна с частичным его перекрытием. Стальной болт 7 обмоткодержателя упирается в опорную пластину. Изобретение обеспечивает уменьшение металлоемкости, повышение электродинамической устойчивости к токам КЗ. 8 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. ТРАНСФОРМАТОР ТОКА, содержащий секционированную обмотку с наружными линейными выводами, размещенную в фарфоровой покрышке с установленным на ней металлическим маслорасширителем с окном в днище, через которое пропущены секции обмоток с ее выводными концами, соединенными между собой перемычками, обмоткодержатель, включающий установленный в маслорасширителе перпендикулярно к его днищу подтягивающий болт, отличающийся тем, что он снабжен фиксирующими планками и опорной пластиной, окно в днище маслорасширителя выполнено прямоугольным и меньшей стороной расположено по оси линейных выводов, опорная пластина установлена на днище маслорасширителя поперек окна с частичным его перекрытием, подтягивающий болт упирается в опорную пластину, перемычки параллельными сторонами прилегают к выводным концам секций, с которыми закреплены в одной плоскости, параллельной оси линейных выводов, секции обмоток расположены между установленными одна напротив другой и скрепленными между собой фиксирующими планками, размещенными между перемычками и осью линейных выводов. 2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что в днище маслорасширителя по обе большие стороны окна выполнены сквозные проемы, расположенные симметрично относительно поперечной его оси с образованием Т-образной перегородки. 3. Трансформатор по п.2, отличающийся тем, что в средней части перегородки выполнены отверстия для крепления опорной пластины. 4. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что перемычки выполнены U-образными. 5. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что между параллельными сторонами перемычек установлены контактные втулки. 6. Трансформатор по п.5, отличающийся тем, что втулки закреплены в одной плоскости с перемычками и выводными концами секций. 7. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что фиксирующие планки выполнены с углублениями, а выводные концы секций расположены в этих углублениях. 8. Трансформатор по п.7, отличающийся тем, что фиксирующие планки выполнены из изоляционного материала. 9. Трансформатор по п.8, отличающийся тем, что направление волокон в планках совпадает с продольной осью днища маслорасширителя.