ВЫСОКОПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 1994 года по МПК H01F27/32 

Изобретение относится к технике высоких напряжений и может быть использовано для создания надежных, малогабаритных и многоканальных источников высокого напряжения.

Известны устройства, выполненные в виде трансформатора, в состав которого входят магнитопровод, первичные и вторичные обмотки, выпрямительные устройства, высоковольтный кабель, причем вторичные обмотки, выпрямительные устройства и часть высоковольтного кабеля имеют общую электрическую изоляцию из твердого диэлектрика [1], [2].

Недостатками данных устройств являются повышенные габариты и низкая электрическая прочность.

Известны другие высоковольтные устройства, например малоемкостный высокопотенциальный трансформатор, содержащий магнитопровод, первичную и вторичные обмотки, низковольтные и высоковольтные выводы в виде шпилек, основание, причем первичная и вторичные обмотки соединены между собой перемычками из эпоксидного компауда, образованными одновременно с заливкой этих обмоток [3].

Недостатками устройств являются невысокая технологичность, вызванная сложностью контроля зазора между первичной и вторичными обмотками в заливочной форме, необходимость в дополнительных элементах конструкции для фиксированного расположения высоковольтных выводов, неремонтопригодность первичной обмотки, а также плохие условия ее охлаждения.

Наиболее близким к изобретению является высокопотенциальный трансформатор серии ТП1 [4], содержащий магнитопровод, первичную обмотку, намотанную на каркасе, вторичные обмотки, находящиеся под одним высоким потенциалом, низковольтные и высокопотенциальные выводы. Первичная и вторичная обмотки заключены в твердую эпоксидную изоляцию, высокопотенциальные выводы выполнены либо в виде изолятора, усиленного высоковольтным проводом, либо в виде локальной защиты, каркас первичной обмотки является элементом для юстировки обмоток в заливочной форме при герметизации трансформатора методом двойной заливки.

Недостатками такого устройства являются невысокие технологичность, электрическая прочность и надежность, а также повышенный объем. Невысокая технологичность определяется сложностью изготовления локальных типов высокопотенциальных выводов (дополнительные детали и специальная оснастка), необходимостью двойной заливки (дополнительные операции и заливочные формы), сложностью изготовления заливочных форм, ограниченной номенклатурой применяемых высоковольтных проводов.

Последний технологический недостаток вызван специальными требованиями к влагоустойчивости и теплостойкости высоковольтных проводов с тем, чтобы исключить проникновение влаги в обмотки и выдержать без изменений электрических и механических свойств длительное в течение десятков часов тепловое старение в процессе изготовления изделия, к электрической прочности изоляции при высоких напряжениях (толщина и материал), хорошей адгезии к компаундам. Невысокая электрическая прочность имеет несколько причин: наличие воздушных включений в локальном типе высоковольтных выводов ввиду их немонолитности, что может привести к коронированию; наличие аутогезионного слоя и термоупругих напряжений, вызванных двойной заливкой обмоток трансформатора, что при высоких напряжениях приводит к разрушению изоляции в результате теплового или электрического пробоя; плохая адгезия изоляционных оболочек высоковольтных проводов к компаундам, в результате чего возникают частичные разряды, разрушающие изоляцию; увеличенный коэффициент неоднородности электрического поля, вызванный малым диаметром жил высоковольтных проводов, расположенных вблизи заземленных элементов.

В высоковольтных выводах прототипа применяются провода, у которых изоляция рассчитана на полное рабочее напряжение трансформатоpа. При большом количестве таких выводов (находящихся под одним высоким потенциалом) за счет суммарного объема их изоляции существенно увеличивается и объем всего трансформатора, что является его недостатком. Еще один недостаток прототипа - применение высоковольтных проводов марок ПВМК, ПВТФ и т.п., что может привести к ненадежной работе маломощных высокопотенциальных трансформаторов ввиду влияния на эти провода мощных электрических полей, создаваемых посторонними источниками.

Цель изобретения - повышение технологичности и электрической прочности высокопотенциального трансформатора.

Цель достигается тем, что в высокопотенциальном трансформаторе, содержащем магнитопровод, первичную обмотку, N вторичных обмоток, находящихся под одним высоким потенциалом и вместе с высокопотенциальными выводами заключенных в твердую монолитную электрическую изоляцию, один из высокопотенциальных выводов выполнен в виде металлической трубы, внутри которой проложены остальные выводы из низковольтных монтажных проводов, при этом вторичные обмотки и упомянутая труба образуют единую жесткую конструкцию.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что существенными отличительными признаками предлагаемого высокопотенциального трансформатора являются выполнение одного из высокопотенциальных выводов в виде металлической трубы, что уменьшает коэффициент неоднородности электрического поля за счет достаточно большого ее диаметра, хорошая адгезия к компаундам и отсутствие требования к недопустимости воздушных включений внутри трубы после герметизации трансформатора приводит к повышению технологичности и электрической прочности; применение в качестве высокопотенциальных выводов низковольтных монтажных проводов, что расширяет номенклатуру применяемых кабельных изделий, уменьшает объем, занимаемый этими выводами, и повышает технологичность; исполнение трубы вместе с вторичными обмотками в виде единой жесткой конструкции, что позволяет использовать трубу как элемент для юстировки вторичных обмоток и всех высокопотенциальных выводов в заливочной форме, тем самым достигается одноразовая заливка, повышается технологичность и электрическая прочность.

На основании вышесказанного металлическая труба является многофункциональным элементом, а именно элементом для юстировки вторичных обмоток и уменьшения коэффициента неоднородности электрического поля, высокопотенциальным выводом, каналом для прокладки остальных высокопотенциальных выводов и экраном для них. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Известно техническое решение, широко применяемое в строительстве, в котором прокладку проводов осуществляют в трубах (в том числе и металлических). Однако такой способ используют в основном с целью защиты кабельных изделий от механических повреждений и выполнения требований ПУЭ к электропожаробезопасности. Также известны высоковольтные кабели, у которых низковольтные монтажные провода заключены в изоляционную оболочку из облученного полиэтилена, а снаружи располагается сетчатый медный экран, фиксированный на оболочке резиновой трубкой. Такого рода экраны не являются высоковольтными проводниками, а служат только для безопасности при эксплуатации устройств и заземлены. Анализ других известных решений (аналогов) в исследуемой области и в смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом высокопотенциальном трансформаторе, и признать заявляемое решение соответствующем критерию "существенные отличия".

На чертеже изображен предлагаемый высокопотенциальный трансформатор, содержащий магнитопровод 1, первичную обмотку 2, вторичные обмотки 3, с которыми жестко соединен один из высокопотенциальных выводов 4, выполненный в виде металлической трубы, внутри которой проложены остальные высокопотенциальные выводы 5 из низковольтных монтажных проводов, при этом вторичные обмотки и все выводы заключены в твердую монолитную электрическую изоляцию 6.

Предлагаемое устройство работает как обычный высокопотенциальный трансформатор, у которого на первичную обмотку подается низкое напряжение, а с N вторичных обмоток, находящихся под одним высоким потенциалом, на высокопотенциальные выводы поступает множество различных напряжений.

Примером реализации предлагаемого изобретения может служить экспериментальный образец многоканального устройства для питания трех электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). В состав этого источника входят достаточно мощный трансформаторно-выпрямительный модуль (200 Вт), генерирующий 60 кВ, и маломощный высокопотенциальный трансформатор, обеспечивающий 22 выходных напряжения. Источник выполнен в виде монолитной конструкции из эпоксидного компаунда, высокопотенциальные обмотки трансформатора находятся под потенциалом 60 кВ, а высоковольтные выводы источника представляют собой металлическую трубу (выход модуля), внутри которой проложены 22 низковольтных монтажных провода марки МГТФ, являющиеся выходами высокопотенциального трансформатора.

По сравнению с прототипом в предлагаемом высокопотенциальном трансформаторе повышены технологичность и электрическая прочность за счет использования в качестве одного из высокопотенциальных выводов металлической трубы, а остальных низковольтных монтажных проводов.

Использование: в технике высоких напряжений, для создания надежных малогабаритных и многоканальных источников высокого напряжения. Сущность изобретения: устройство содержит магнитопровод 1, первичную обмотку 2, вторичные обмотки 3, с которыми жестко соединен один из высокопотенциальных выводов 4, выполненный в виде металлической трубы, внутри которой проложены остальные высокопотенциальные выводы 5 из низковольтных монтажных проводов. 1 ил.

ВЫСОКОПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР, содержащий магнитопровод, первичную обмотку, N вторичных обмоток, находящихся под одним высоким потенциалом вместе с высокопотенциальными выводами, заключенных в твердую монолитную электрическую изоляцию, отличающийся тем, что один из высокопотенциальных выводов выполнен в виде металлической трубы, внутри которой размещены остальные выводы из низковольтных монтажных проводов.