МНОГОСЛОЙНАЯ ОБМОТКА ТРАНСФОРМАТОРА Российский патент 1994 года по МПК H01F27/28 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в обмотках высоковольтных литых трансформаторов управления маслонаполненных тиристорных ключей.

Известны многослойные обмотки трансформаторов, содержащие главную изоляцию, расположенную на боковой и торцевой сторонах обмотки с выводами от внутренних слоев, расположенными перпендикулярно плоскости торцевой поверхности и изолированными выступающей за торец обмотки изоляцией, что увеличивает толщину главной изоляции и уменьшает длину утечки разряда по изоляции выводов обмотки [1].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является многослойная обмотка трансформатора, содержащая главную изоляцию, расположенную на боковых и торцевых сторонах обмотки с выводами от внутреннего и внешнего слоев обмотки [2].

Недостатком указанных обмоток является низкая надежность вследствие маленькой длины утечки разряда через щель вдоль выводов, обусловленной большими утечками (8^о < α < 80^о) их выхода из главной изоляции обмотки.

Выполнение обмотки с таким углом, например, в тороидальных трансформаторных обмотках возможно только для испытательного напряжения главной изоляции не более 10 кВ эффективного напряжения, не позволяет их использовать в мощных тиристорных ключах.

Целью изобретения является повышение надежности путем увеличения пути возможного разряда в изоляции.

Это достигается тем, что выводы выполнены в виде полудуг окружности и расположены на одном из торцев по диагонали поперечного сечения развертки толщины главной изоляции таким образом, что выход из главной изоляции вывода внутреннего слоя обмотки расположен над входом в главную изоляцию вывода внешнего слоя обмотки, а выход из главной изоляции вывода внешнего слоя обмотки расположен над входом в главную изоляцию вывода внутреннего слоя обмотки. Такая конструкция выводов предопределяет выбор оптимальной величины испытательного напряжения (в кВ эффективного напряжения) и величины диаметра (в см), по которым расположены выводы при соотношении И/Д = 1,57 при условии, что собственная электроизоляция выводов, электроизоляция по длине утечки разряда по наружной поверхности выводов и главная изоляция в месте входа-выхода выводов обмоток выполнены электрически равнопрочными.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается наличием дугообразных выводов, выходы из главной изоляции которых расположены над их входами. Пpи этом длина вывода в главной изоляции в предложенной конструкции не ограничена шириной поверхности торца обмотки, поэтому величину угла наклона выводов относительно витков обмотки обуславливает большую по сравнению с прототипом длину утечки возможного разряда. При этом чем больше длина дуги вывода для более мощных трансформаторов, тем меньше угол наклона вывода и в реальном примере конкретного выполнения намного меньше 8^о, чем соотношение 8^o < α < 80^о по прототипу.

Таким образом, предложенное устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что выведение проводников из внутренних и внешних слоев обмотки в собственной изоляции, равнопрочной с главной изоляцией и изоляцией по длине выводов, известно. Однако в совокупности с дугообразной формой выполнения выводов, при которой выходы в главную изоляцию одного вывода расположены над входом другого, а также выводами закономерности зависимости величины испытательного напряжения от диаметра, по которому сформованы дугообразные выводы, позволяет сделать вывод, что техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 представлен пример конкретного выполнения обмотки трансформатора; на фиг.2 - разрез-развертка А-А, Б-Б.

Многослойная обмотка 1 содержит главную изоляцию 2, расположенную на боковых 3, 4 и торцевых 5, 6 сторонах обмотки 1 с выводом 7 от внутреннего 8 и выводом 9 от внешнего 10 слоев обмотки 1. Выводы 7 и 9 выполнены в виде полудуг окружности диаметра Д и расположены на одном из торцев например торцевой стороне 5 обмотки 1 по диагонали А поперечного сечения развертки толщины Т главной изоляции 2. Выход 11 из главной изоляции 2 вывода 7 внутреннего слоя 8 обмотки 1 расположен над входом 12 в главную изоляцию 2 вывода 9 внешнего слоя 10 обмотки. Выход 13 из главной изоляции вывода 9 внешнего слоя 10 обмотки 1 расположен над входом 14 в главную изоляцию вывода 7 внутреннего слоя 8 обмотки 1. Выводы 7, 9 имеет собственную изоляцию 15. Диагональ А поперечного сечения развертки толщины Т главной изоляции соответствует длине утечки возможного разряда по наружной поверхности изоляции 15 выводов 7, 9. Предложенная многослойная обмотка использована в трансформаторе, имеющем вторичную обмотку 16 с выводами 17, 18, литую изоляцию 19 и внутреннюю изоляцию 20 от сердечника магнитопровода.

Работа выводов 7, 9 в главной изоляции 2 между первичной и вторичной обмотками происходит следующим образом.

Утечки возможного разряда в обмотке предложенной конструкции происходят в толщине Т сечения главной изоляции по длине диагонали А. Исходя из условия электрической равнопрочности главной изоляции, собственной изоляции 15 выводов 7, 9 и электрической прочности по длине диагонали А выводов 7, 9 из предпосылки, что диаметры тора обмотки могут быть какими угодно большими, а также зависимости испытательного напряжения от длины возможного разряда по поверхности, можно вывести закономерность для оптимизации конструкции высоковольтных, например, тороидальных обмоток трансформаторов при небольших габаритах без специальных устройств для выхода выводов 7, 9 из главной изоляции и вторичной обмотки 16.

A = - длина полудуг выводов в главной изоляции (диагональ поперечного сечения развертки толщины Т), где D - диаметр, по которому размещены дугообразные выводы, см;
A′ = - величина пути возможного разряда в главной изоляции по длине выводов, см, где U - испытательное напряжение главной изоляции, кВ эфф.).

n - усредненный коэффициент электрической прочности зависимости испытательного напряжения от длины возможного разряда по поверхности выводов, n ≈ 1 кВ/см При A ≥ A′ ≥ , , отсюда ≅ 1,57 .

Выведенная закономерность справедлива и для конструкций, в которых использовано m полудуг выводов, но при этом имеет место недостаток - резко увеличивается трудоемкость изготовления, габариты и расход изоляционных материалов главной изоляции, также возникают проблемы, связанные с обеспечением собственной изоляцией выводов. Однако при этих недостатках конструкция выводов с m-числом полудуг выводов, где m - любое целое число ≥ 1, может быть использована в обмотках трансформаторов. В примере конкретного выполнения тороидальных обмоток трансформатора при D=16 см с m = 1 испытательное напряжение составляет примерно 25 кВ эфф., что подтверждено экспериментально на опытных образцах (60 шт.).

Эффективность предложенной конструкции заключается в том, что длина дугообразных выводов (путь возможного разряда - через главную изоляцию от слоев высоковольтной обмотки на вторичную обмотку) больше, чем прямых выводов, поэтому повышается надежность обмотки и трансформатора в целом.

Использование: в электротехнике, в обмотках высоковольтных литых трансформаторов. Сущность изобретения: многослойная обмотка 1 содержит главную изоляцию 2, расположенную на боковых и торцевых сторонах обмотки с выводом 7 от внутреннего 8 и выводом 9 от внешнего 10 слоев обмотки 1. Выводы 7 и 9 выполнены в виде полудуг окружности диаметра Д и расположены на одном из торцев. Выход 11 из главной изоляции 2 вывода 7 внутреннего слоя 8 обмотки 1 расположен над входом 12 в главную изоляцию 2 вывода 9 внешнего слоя 10. Выход 13 из главной изоляции вывода 9 внешнего слоя 10 обмотки 1 расположен над входом 14 в главную изоляцию вывода 7 внутреннего слоя 8 обмотки 1. Диагональ А поперечного сечения развертки толщины Т главной изоляции соответствует длине утечки возможного разряда по наружной поверхности изоляции 15 выводов 7, 9. 2 ил.

1. МНОГОСЛОЙНАЯ ОБМОТКА ТРАНСФОРМАТОРА, содержащая главную изоляцию, расположенную на боковых и торцевых сторонах обмотки, и выводы от внутреннего и внешнего слоев обмотки, отличающаяся тем, что выводы обмоток выполнены в виде полудуг окружности и расположены на одном из торцов по диагонали поперечного сечения развертки толщины главной изоляции таким образом, что выход из главной изоляции вывода внутреннего слоя обмотки расположен над входом в главную изоляцию вывода внешнего слоя обмотки, а выход из главной изоляции вывода внешнего слоя обмотки расположен над входом в главную изоляцию вывода внутреннего слоя обмотки, при этом величина испытательного напряжения UкВ_эф и величина диаметра D, по которому расположены дугообразные выводы, выбраны в соотношении U / D ≅ 1,57 . 2. Обмотка по п.1, отличающаяся тем, что собственная электроизоляция выводов, электроизоляция длины утечки разряда по наружной поверхности выводов и главная изоляция в местах противорасположения входа и выхода выводов обмоток выполнены электрически равнопрочными.