ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА НАРУЖНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1998 года по МПК H01F38/30 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании измерительных трансформаторов тока высоких и сверхвысоких напряжений с изоляционным заполнением.

Известен высоковольтный трансформатор наружной установки, содержащий металлический корпус, установленный на изоляционной опорной колонке и заполненный изолирующей средой, в котором размещены первичная обмотка в виде прямолинейного проводника, вторичные обмотки на тороидальных магнитопроводах, охваченные тороидальным электростатическим экраном, и система дистанциирования вторичных обмоток с экраном относительно первичной обмотки и корпуса, выполненная в виде трех изоляционных втулок, расположенных в радиальном направлении по внешнему периметру тороидального электростатического экрана под углом 120^o и прикрепленных с одной стороны к цилиндрической стенке корпуса, а с другой - к хомутам, встроенным во вторичные обмотки с экраном, закрепленным на тех же хомутах [1].

Однако надежность данного трансформатора оказывается недостаточной, а конструкция его сложна в изготовлении. При такой конструкции трансформатора изоляционные втулки выполняют одновременно функции радиальных растяжек, фиксирующих положение массивного комплекта низковольтных вторичных обмоток (с магнитопроводами и экраном) относительно первичной обмотки и корпуса, имеющих высокий потенциал. Находясь под воздействием полного напряжения (рабочего и испытательного) и больших механических нагрузок, изоляционные втулки и их крепление должны удовлетворять, с одной стороны, требованиям обеспечения необходимой электрической прочности изоляционной системы, с другой, требованиям механической прочности и жесткости крепления, включая обеспечение минимально возможного эксцентриситета комплекса вторичных обмоток с экраном относительно проводника первичной обмотки и вертикальной опорной металлической трубы относительно корпуса. Выполнение этих требований связано с повышенными требованиями к характеристикам материала изоляционных втулок и качеству их исполнения, к точности весьма трудоемкой сборки их с корпусом и комплектом вторичных обмоток, с усложнением конструкции, т.е. требуется встраивание усиленных хомутов по периметру вторичных обмоток, повышение прочности стенок корпуса за счет толщины используемого материала или введение дополнительных элементов жесткости наряду с узлами крепления втулок. При этом распределенные по периметру экрана изоляционные втулки механически соединяют изолируемые друг от друга элементы, что создает условия для возникновения частичных и поверхностных разрядов при превышении критической величины напряженности поля вдоль поверхности. Для предотвращения этих явлений приходится идти на усложнение конфигурации изоляционных втулок или дополнительно увеличивать изоляционное расстояние между корпусом и комплектом вторичных обмоток с электростатическим экраном, учитывая, что целостность экрана в местах крепления втулок нарушается и снижается эффективность его влияния на равномерность поля по всему периметру. Перечисленные обстоятельства затрудняют достижение требуемой надежности трансформатора тока, приводят к усложнению его конструкции и технологии изготовления и повышению его стоимости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является высоковольтный трансформатор тока наружной установки, содержащий установленный на изоляционном опорном цилиндрическом кожухе заполненный изолирующей средой металлический корпус, выполненный в виде цилиндра, в котором размещены первичная обмотка в виде прямолинейного проводника и вторичные обмотки на тороидальных магнитопроводах, причем первичная обмотка установлена по оси вторичной обмотки и закреплена выходящими наружу концами на боковых стенках корпуса, а вторичные обмотки охвачены тороидальным экраном, закрепленным на верхнем конце опорной металлической трубы, в полости которой проходят отводы вторичных обмоток, а нижний конец трубы закреплен на основании металлического корпуса перпендикулярно оси вторичных обмоток [2].

Однако надежность данного трансформатора оказывается недостаточной, а конструкция сложна в изготовлении. При такой конструкции трансформатора узел крепления массивного комплекта вторичных обмоток (с магнитопроводами и экраном) должен обеспечивать механическую прочность конструкции при воздействии усилий, возникающих при транспортировке, а также минимальный эксцентриситет комплекта вторичных обмоток с экраном относительно проводника первичной обмотки и минимальный эксцентриситет вертикальной опорной металлической трубы относительно краев круглого отверстия в днище металлического корпуса, установленного на изоляционном опорном кожухе. Выполнение этих требований связано с повышенными требованиями к характеристикам материала металлической опорной трубы и качеству ее исполнения, к точности весьма трудоемкого сочленения трубы с плоским днищем трансформатора и комплектом вторичных обмоток. Для предотвращения этих явлений, в частности, для обеспечения механической прочности конструкции приходится идти на увеличение диаметра вертикальной опорной металлической трубы по всей ее высоте и, следовательно, на увеличение диаметра опорного металлического кожуха, а также на уменьшение массы комплекта вторичных обмоток трансформатора, либо за счет уменьшения точности трансформатора, либо за счет увеличения электрической прочности изолирующей среды. В случае применения в качестве изолирующей среды элегаза должно быть увеличено давление, при котором обеспечивается нормальная электрическая прочность изоляции трансформатора, что приводит к необходимости применения дорогостоящих изоляционных опорных кожухов, обладающих очень высокой механической прочностью.

Перечисленные обстоятельства затрудняют достижение требуемой надежности трансформатора тока, приводят к усложнению его конструкции и технологии изготовления, повышению стоимости.

Задачей данного изобретения является повышение надежности трансформатора, упрощение его конструкции и технологии его изготовления.

Данная задача достигается таким образом, что высоковольтный трансформатор тока наружной установки, содержащий установленный на изоляционном опорном цилиндрическом кожухе заполненный изолирующей средой металлический корпус, выполненный в виде цилиндра, в котором размещены первичная обмотка в виде прямолинейного проводника и вторичные обмотки на тороидальных магнитопроводах, причем первичная обмотка установлена по оси вторичных обмоток и закреплена выходящими наружу концами на боковых стенках металлического корпуса, а вторичные обмотки охвачены тороидальным экраном, закрепленным на верхнем конце опорной металлической трубы, в полости которой проходят отводы вторичных обмоток, а нижний конец трубы закреплен на основании металлического корпуса перпендикулярно оси вторичных обмоток, дополнительно содержит изоляционную цилиндрическую колонку из высокопрочного материала, герметично закрепленную внутри опорного металлического кожуха соосно с опорной металлической трубой, и расположенную внутри изоляционной цилиндрической колонки опорную усеченную конусную стойку, концы нижнего основания которой прикреплены к основанию изоляционной цилиндрической колонки, а верхнее основание выполнено с отверстием, в котором закреплена проходящая через него опорная металлическая труба.

Данная задача достигается также и тем, что опорная усеченная конусная стойка выполнена из отрезков цилиндрических труб со скругленными краями, а также тем, что опорная усеченная конусная стойка выполнена из нескольких чашеобразных деталей со скругленными днищами и что опорная усеченная конусная стойка выполнена из нескольких чашеобразных деталей, на днищах которых установлены электростатические экраны.

На фиг. 1 представлен высоковольтный трансформатор тока, выполненный согласно данному изобретению, в разрезе; на фиг. 2 - 4 - варианты выполнения опорной усеченной конусной стойки.

Высоковольтный трансформатор тока наружной установки содержит (фиг. 1) металлический корпус 1, выполненный в виде цилиндра, в котором размещены первичная обмотка 2 в виде прямолинейного проводника и вторичная обмотка 3 на тороидальных магнитопроводах, причем обмотка 2 установлена по оси обмоток 3, охваченных тороидальным электростатическим экраном 4. Обмотка 2 закреплена одним выходящим наружу концом в боковой стенке 5 корпуса 1 и имеет с корпусом 1 одинаковый потенциал, а другим - в противоположной части корпуса 1 посредством изолирующей втулки 6. Трансформатор содержит также опорную усеченную конусную стойку 7, концы нижнего основания которой прикреплены к основанию 8, а через отверстие в верхнем основании конусной стойки 7 проходит опорная металлическая труба 9. Трансформатор содержит изоляционную цилиндрическую колонку 10 из высокопрочного материала, герметично закрепленную внутри изоляционного опорного цилиндрического кожуха 11 соосно с опорной металлической трубой 9, внутри которой закреплена опорная усеченная конусная стойка 7 и изоляционный опорный цилиндрический кожух 11, на котором установлен корпус 1. Металлическое основание 8 закреплено на подставке 12 трансформатора. Отводы 13 вторичных обмоток 3 проходят внутри вертикальной опорной металлической трубы 9.

Опорная конусная стойка 7, изображенная на фиг. 2, состоит из отрезков цилиндрических труб со скругленными концами, на фиг 3 - из нескольких чашеобразных деталей со скругленными днищами, а на фиг. 4 - из нескольких чашеобразных деталей, на днищах которых установлены электростатические экраны 14.

Объем, в котором расположены первичная обмотка 2, вторичные обмотки 3, вертикальная опорная металлическая труба 9 и система механического крепления и дистанцирования в виде опорной усеченной конусной стойки 7, отделен от внутренней поверхности опорного кожуха 11 изоляционной цилиндрической колонкой 10 из высокопрочного материала.

При использовании массивных вторичных обмоток 3 с экраном 4 введена в трансформатор и выполняющая функции системы дистанцирования опорная усеченная конусная стойка 7 обеспечивает более устойчивую и надежную фиксацию положения и взаимную центровку комплекта вторичных обмоток 3 относительно первичной обмотки 2 и вертикальной опорной металлической трубы 9, закрепленной на днище трансформатора и в отверстии стойки 7.

Изоляция между вторичными обмотками 3, охваченными экраном 4, и первичной обмоткой 2 и корпусом 1, а также изоляция между вертикальной опорной металлической трубой 9 и корпусом 1 выполнена газовой или чисто масляной и не содержит в себе элементов твердой изоляции, что обеспечивает в вышеуказанных зонах максимальной напряженности поля получение высокой электрической прочности, поскольку элементы твердой изоляции повышают напряженность поля и снижают электрическую прочность изоляции.

Введение высокопрочной изоляционной колонки 10, разделяющей объем трансформатора на две части, исключает воздействие высокого давления изолирующего газа или высокого давления газа, образовавшегося в случае разложения масла, при возникновении дугового замыкания внутри трансформатора тока на стенках изоляционного опорного кожуха 11, выполненного из изоляционного материала с невысокой механической прочностью, например фарфора.

Таким образом, предлагаемый высоковольтный трансформатор тока по сравнению с прототипом обладает более высокой надежностью, упрощенной конструкцией и меньшей трудоемкостью в изготовлении.

Трансформатор содержит установленный на изоляционном опорном цилиндрическом кожухе заполненный изолирующей средой металлический корпус, выполненный в виде цилиндра. В нем размещены первичная обмотка в виде прямолинейного проводника и вторичная обмотка, выполненная на тороидальных магнитопроводах. Обмотки охвачены тороидальным экраном. Экран закреплен на верхнем конце опорной металлической трубы, в полости которой проходят отводы вторичных обмоток. Нижний конец трубы закреплен на основании металлического корпуса перпендикулярно оси вторичных обмоток. Первичная обмотка установлена по оси вторичных обмоток и закреплена концами на боковых стенках металлического корпуса. Трансформатор также содержит изоляционную цилиндрическую колонку из высокопрочного материала, герметично закрепленную внутри опорного металлического кожуха соосно с опорной металлической трубой. Внутри изоляционной цилиндрической колонки размещена опорная усеченная конусная стойка. Концы ее нижнего основания прикреплены к основанию металлического корпуса и одновременно к основанию изоляционной цилиндрической колонки. Ее верхнее основание выполнено с отверстием, в котором закреплена проходящая через него металлическая труба. Технический результат заключается в повышении надежности, упрощении конструкции и технологии изготовления. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Высоковольтный трансформатор тока наружной установки, содержащий установленный на изоляционном опорном цилиндрическом кожухе заполненный изолирующей средой металлический корпус, выполненный в виде цилиндра, в котором размещены первичная и вторичная обмотки, причем первичная обмотка выполнена в виде прямолинейного проводника, установленного по оси вторичной обмотки и закрепленного концами на боковых стенках металлического корпуса, причем одним из концов - посредством изолирующей втулки, а вторичная обмотка выполнена на тороидальных магнитопроводах, охваченных тороидальным электростатическим экраном, закрепленным на верхнем конце опорной металлической трубы, в полости которой проходят отводы вторичной обмотки, а нижний конец трубы закреплен на основании перпендикулярно к оси вторичной обмотки, отличающийся тем, что он дополнительно содержит изоляционную цилиндрическую колонку из высокопрочного материала, герметично закрепленную внутри изоляционного опорного цилиндрического кожуха соосно с опорной металлической трубой, и расположенную внутри изоляционной цилиндрической колонки опорную усеченную конусную стойку, концы нижнего основания которой прикреплены к основанию, а верхнее основание ее выполнено с отверстием, в котором закреплена проходящая через него опорная металлическая труба. 2. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что опорная усеченная конусная стойка выполнена из отрезков цилиндрических труб со скругленными краями. 3. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что опорная усеченная конусная стойка выполнена из нескольких чашеобразных деталей со скругленными днищами. 4. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что опорная усеченная конусная стойка выполнена из нескольких чашеобразных деталей, на днищах которых установлены электростатические экраны.