ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H01F38/34 

Изобретение относится, в частности, к комбинированному измерительному высоковольтному трансформатору тока и напряжения.

Подобные высоковольтные измерительные трансформаторы напряжения известны. В комбинированных трансформаторах тока и напряжения в виде головки принято монтировать активные части, состоящие из сердечника, высоковольтной и низковольтной обмоток на изоляционной колонне, и окружать головку кожухом. Изоляционная колонка устанавливается на основании, которое несет клеммную коробку с клеммной колодкой для выводов трансформатора. Вторичные выводы из кожуха трансформатора к клеммной колодке получаются при этом сравнительно длинными. Это особенно справедливо для комбинированных высоковольтных измерительных трансформаторов тока и напряжения, в которых трансформатор напряжения расположен над трансформатором тока.

Вследствие большого расстояния, обусловленного необходимыми элементами крепления для низковольтной обмотки между металлическим экраном высоковольтной обмотки и низковольтной обмотки, емкость между металлическими экранами обеих обмоток сравнительно мала.

Однако в таких устройствах при переходных, в особенности высокочастотных, процессах, вызываемых прежде всего процессами коммутации, находящийся под низким потенциалом металлический экран высоковольтной обмотки может получить высокий потенциал от нескольких десятков до сотни киловольт и даже выше. Следствием является то, что при появлении высоких потенциалов высокочастотных переходных перенапряжений на металлическом экране высоковольтной обмотки появляются наводки этих высокочастотных напряжений в низковольтной обмотке. Это даже может привести к порче таких высоковольтных измерительных трансформаторов с разрушением изоляции между металлическим экраном и низковольтной обмоткой.

Цель изобретения улучшить высоковольтный измерительный трансформатор, в частности комбинированный трансформатор тока и напряжения в виде головки описанного выше типа так, чтобы наводки высоких потенциалов, в особенности за счет высокочастотных переходных процессов при коммутации, в особенности на вторичных клеммах, уже не могли проявляться помехами.

По изобретению между металлическим экраном высоковольтной обмотки и отводящим электродом измерительного трансформатора напряжения получается очень большая емкость. Отводящий электрод кратчайшим путем и поэтому с очень малой индуктивностью электрически соединяют с внешним экранирующим электродом. Этим надежно предотвращается нарастание потенциала металлического экрана высоковольтной обмотки до недопустимых величин и наводки недопустимо высоких потенциалов переходных перенапряжений в низковольтной обмотке.

На фиг.1 изображен комбинированный высоковольтный измерительный трансформатор тока и напряжения в виде головки в разрезе; на фиг.2 высоковольтный измерительный трансформатор напряжения, в частности, для использования в комбинированном трансформаторе по фиг.1 в разрезе; на фиг.3 показана разновидность высоковольтного измерительного трансформатора напряжения по фиг.2; на фиг. 4 и 5 схематически изображены примененные в примере исполнения по фиг.3 экраны и отводящие электроды.

Комбинированный высоковольтный измерительный трансформатор тока и напряжения по фиг. 1 содержит основания 1 с клеммной колодкой 2, находящейся в щитовой коробке 3. На основании 1 расположен герметично и прочно опорный изолятор 4, который сверху несет металлическую запорную плиту 5. На последней расположен U-образный первичный проводник 6 с боковыми стойками 7, 8 и основанием 9, причем стойка 8 электрически соединена с плитой 5, а стойка 7 электрически изолирована и выведена для контактирования наружу. Основание 9 первичного проводника 6 концентрически окружена вторичной обмоткой 10 с несколькими сердечниками. Первичный проводник 6 и вторичная обмотка 10 образуют высоковольтный измерительный трансформатор тока, вторичные выводы которого выведены на клеммную колодку 2. Клеммы 11 стоек 7, 8 и запорная плита 5 находятся под высоковольтным потенциалом.

Над высоковольтным измерительным трансформатором тока расположен высоковольтный измерительный трансформатор 12 напряжения. Он, например, соединительным участком 13 соединен электрически с первым, причем в соединительном участке 13 расположены выводы трансформатора 12, которые выведены к клеммной колодке 2. Трансформатор 12 напряжения содержит магнитопровод 14, 15 из магнитного материала. Вокруг одного из плеч находится высоковольтная обмотка 16 в виде цилиндрической, ступенчатой или трапецеидальной обмотки. Она концентрично окружена низковольтной обмоткой 17. Эти активные части трансформатора 12 напряжения концентрически окружены кольцевидным или цилиндрическим экранирующим электродом 18, находящимся на потенциале земли.

На запорной плите 5 герметично и прочно установлен цилиндрический кожух 19 из одной или нескольких частей, который окружает оба трансформатора и находится под высоковольтным потенциалом.

На фиг.2 показан участок трансформатора напряжения комбинированного высоковольтного измерительного трансформатора тока и напряжения в виде головки по фиг. 1. Этот трансформатор напряжения может найти применение и не в комбинации с трансформатором тока. Последний виток или слой витков, окружающий магнитопровод высоковольтной катушки 16, снабжен простирающимся по длине витка разрезным металлическим экраном 20. Последний состоит из слоя хорошо проводящего электрического металла, например меди, серебра или цинка, или из металлической обкладки в виде фольги, или металлического цилиндра. Металлический экран 20 разрезан в направлении продольной оси W обмотки, чтобы предотвратить появление тока короткого замыкания. С металлическим экраном 20 электрически соединен вывод 21, который идет к клемме Х для высоковольтной обмотки 16 на клеммной колодке 2.

На малом расстоянии А от металлического экрана 20 предусмотрен окружающей его, концентрически отводящий электрод 22, который образует с металлическим экраном 20 большую емкость. Имеющийся за счет расстояния А зазор заполнен изоляционными лентами или пленками частично или полностью, причем они пропитаны изолирующим газом или жидкой изоляционной средой имеющейся газовой или жидкостной изоляции комбинированного высоковольтного измерительного трансформатора тока и напряжения. Достаточно небольшое количество слоев изоляции, например четыре-шесть при толщине изоляционной ленты или пленки 40-60 мкм, дает общую величину зазора А 160-360 мкм. Однако могут быть предусмотрены несколько слоев изоляции до максимального зазора А порядка 5 мм.

Чтобы в отводящем электроде 22 не могли возникнуть токи короткого замыкания, он имеет по меньшей мере один разрез в направлении оси W. Отводящий электрод 22 состоит из электропроводного слоя 23, в особенности металлического слоя, или из металлического цилиндра, или металлической фольги, или из участков этого рода. При использовании металлических цилиндрических или фольговых электродов они могут быть наклеены и/или набандажированы, например, с помощью бандажной намотки из изоляционного материала.

Над отводящим электродом 22 на сравнительно большом расстоянии В, которое определяется необходимыми крепежными и несущими элементами 24, расположена соосно низковольтная обмотка 17. Она снабжена заземленным металлическим экраном 25, который предпочтительно окружает низковольтную обмотку 17 со всех сторон и цилиндрические части которого разрезаны в направлении продольной оси низковольтной обмотки 17 и в окружном направлении, чтобы предотвратить токи короткого замыкания. Экран 25 низковольтной обмотки 17 одним, а предпочтительно несколькими распределенными по окружности проводящими бугелями 26 безындукционно соединен с находящимся под потенциалом земли экранирующим электродом 18.

Отводящий электрод 22 посредством по меньшей мере одного, но предпочтительно посредством множества распределенных по окружности коротких и широких соединительных проводников 27 соединен с экранирующим электродом 18. Соединение должно быть по возможности безындукционным, т.е. они должны быть по возможности короткими.

Вторичные выводы 28, 29 низковольтной обмотки 17, как и вывод 21 для металлического экрана 20, выведены на клеммную колодку 2. Это можно осуществить в общей трубе при изоляции выводов на 3 кВ. Опасность пробоев при переходных процессах высокой частоты вследствие наводок слишком высоких потенциалов на присоединительные клеммы в клеммной коробке 3 эффективно исключается.

В отличие от высоковольтного измерительного трансформатора напряжения по фиг. 2 в примере исполнения по фиг.3 металлический экран 20 высоковольтной обмотки 16 соединен распределительными по окружности высоковольтной обмотки 16 электропроводящими соединительными элементами и несущими элементами в виде металлических брусков 24 с по меньшей мере еще одной металлической обкладкой 20а на несущем каркасе 30 низковольтной обмотки 17 и посредством вывода 21 соединен с клеммой Х для высоковольтной обмотки 16. Подробно это видно на фиг.4 и 5.

На малом расстоянии А до максимально 5 мм от одной из дополнительных металлических обкладок 20а на несущем каркасе 30 низковольтной обмотки 17 укреплен по меньшей мере один окружающий эти дополнительные металлические обкладки 20а, соосно изолированный отводящий электрод 22а. Электрическая изоляция между металлическими обкладками 20а и отводящими электродами 22а предпочтительно соответствует форме исполнения по фиг.2. В примере исполнения по фиг.3 отводящий электрод или отводящие электроды 22а через один или несколько соединительных проводов 27а кратчайшим путем, т.е. безындукционно, соединены с экранирующим электродом 18.

Применение нескольких металлических обкладок 20а и соответственно нескольких отводящих электродов 22а по фиг.5 дает то преимущество, что получается большая емкость между этими обкладками или соответственно электродами.

Использование: в электротехнике. Сущность: высоковольтный измерительный трансформатор напряжения имеет сердечник, соединенный с высоким напряжением, который соосно окружает снабженная разрезным металлическим экраном высоковольтная обмотка, и также соосно окружающую его низковольтную обмотку, а также окружающую высоковольтную и низковольтную обмотки находящийся под потенциалом земли соосный экранизирующий электрод, который должен быть выполнен так, чтобы наводки высоких потенциалов за счет высокочастотных переходных процессов при коммутации на вторичную сторону, прежде всего на вторичные наводки, не проявлялись в мешающем объеме. Это достигается за счет того, что на малом расстоянии А до максимум 5 мм от металлического экрана 20 устанавливают концентрически окружающей его отводящий электрод 22, изолированный от металлического экрана 20. Отводящий электрод 22 посредством одного или нескольких соединительных проводов 27 малоиндуктивно, электрически проводяще соединяют с экранирующим электродом 18. Низковольтная обмотка 17 снабжена еще одним разрезным металлическим экраном 25, который также мало индуктивно электрически проводяще соединен с экранирующим электродом 18. 7 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, в частности комбинированный высоковольтный измерительный трансформатор тока и напряжения, находящийся под давлением изолирующего газа, выполненный в виде головки с сердечником, находящимся под высоким напряжением, который соосно окружает высоковольтная обмотка с соединительной клеммой, снабженная металлическим экраном с разрезом и также соосно окружающей его низковольтной обмоткой, с несущим каркасом, а также с окружающим высоковольтную и низковольтную обмотки заземленным соосным экранирующим электродом, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, трансформатор имеет два металлических покрытия, расположенные изолированно друг от друга и концентрически друг другу с расстоянием, равным максимально 5 мм, образуя емкость; дополнительный металлический экран, металлические покрытия расположены между высоковольтной и низковольтной обмотками, одно из них, находящееся на стороне высокого напряжения, соединено выводом с соединительной клеммой для высоковольтной обмотки металлическое покрытие, находящееся на стороне низкого напряжения соединено электропроводно соединительными проводами кратчайшим путем с экранирующим электродом, с которым соединен также кратчайшим путем электропроводно дополнительный металлический экран. 2. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что металлический экран высоковольтной обмотки использован в качестве металлического покрытия. 3. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что металлическое покрытие, находящееся на стороне высокого напряжения, расположено на несущем каркасе низковольтной обмотки и электропроводно соединен через соединительный элемент с металлическим экраном высоковольтной обмотки. 4. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что он имеет несколько слоев изолирующего материала в виде ленты или пленки, расположенных между металлическими покрытиями на стороне высокого напряжения и низкого напряжения, образуя между ними расстояние. 5. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что металлические покрытия выполнены в виде нанесенного на изолирующий каркас проводящего слоя, разделенного в направлении оси обмотки. 6. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что металлические покрытия выполнены в виде надвигаемого на изоляционный материал металлического цилиндра, разрезанного в направлении оси обмотки. 7. Трансформатор по п. 6, отличающийся тем, что металлический цилиндр наклеен на изоляционном материале и/или укреплен посредством внешней изолирующей бандажной обмотки на изоляционном материале металлических покрытий. 8. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что вывод для соединительной клеммы высоковольтной обмотки изолировано относительно корпуса и выводов низковольтной обмотки и выведен на общую клеммную колодку.