ТРАНСФОРМАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЛИТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ Российский патент 2003 года по МПК H01F38/24 H01F27/40 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению, и касается конструкций высоковольтных трансформаторов напряжения с литой изоляцией.

Известен предохранитель, в котором для выхода несгенерированных газов, выделенных при срабатывании предохранителя, в одном из цоколей предохранителя и в выводе выполнено оппозитно друг другу по одному отверстию [1].

К недостаткам такой конструкции предохранителя следует отнести то, что идеальное совпадение отверстий в цоколе и выводе в реальных условиях является маловероятным. В случае несовпадения отверстий в цоколе и выводе полное и быстрое истечение остатков несгенерированных газов затруднено, что снижает надежность защиты.

Известен трансформатор напряжения с литой изоляцией, содержащий магнитопровод, высоковольтную и низковольтную обмотки и высоковольтный вывод, размещенные в изоляционном корпусе, в верхней части которого выполнено гнездо, в котором установлен высоковольтный предохранитель, соединенный с высоковольтным выводом и имеющий два цоколя, корпус из электроизоляционного газогенерирующего материала, в котором размещены растягивающая пружина и металлопленочный резистор, выполняющий роль плавкой вставки [2].

Трансформатор напряжения описанной конструкции обладает определенным эксплуатационным удобством, так как высоковольтный предохранитель встроен в трансформатор, однако недостатком такого трансформатора является то, что несгенерированные остатки газов, выделенных при искровом разряде, возникающем при срабатывании предохранителя, не имеют выхода из полости корпуса, что в свою очередь несколько снижает надежность защиты трансформатора. Кроме того, для обеспечения надежной защиты трансформаторов напряжения необходим правильный выбор параметров предохранителя и прежде всего металлопленочного резистора, служащего плавкой вставкой.

Изобретением решается задача создания трансформатора напряжения с литой изоляцией, характеризующегося высокой надежностью защиты.

Для решения поставленной задачи в трансформаторе напряжения с литой изоляцией, содержащем магнитопровод, высоковольтную обмотку, по крайней мере, одну низковольтную обмотку и один высоковольтный вывод, размещенные в литом изоляционном корпусе, в верхней части которого выполнено гнездо, в котором установлен высоковольтный предохранитель, соединенный с высоковольтным выводом и содержащий два цоколя, корпус из электроизоляционного газогенерирующего материала, в котором размещены растягивающая пружина и металлопленочный резистор малой мощности, выполняющий роль плавкой вставки, при этом в одном из цоколей предохранителя и высоковольтном выводе выполнено оппозитно друг другу, по крайней мере, по одному отверстию, предложено, согласно настоящему изобретению, на внутренней поверхности высоковольтного вывода выполнить кольцевой паз, соединенный с отверстием в выводе и размещенный оппозитно отверстию в цоколе, при этом номинальное значение сопротивления резистора выбрано из соотношения

где r_ном.р. - номинальное сопротивление резистора, Ом;
Р_ном.р. - номинальная мощность резистора, Вт;

- коэффициент перегрузки резистора по мощности, обеспечивающий срабатывание предохранителя за время t_з.;
I_з. - ток срабатывания предохранителя за время t_з. (определяется в соответствии с токовременной характеристикой предохранителя), А;
I_1max.тр. - предельно допустимый ток высоковольтной обмотки трансформатора напряжения, А;
I_ном.р. - номинальный ток резистора, А.

Изобретение поясняется на примере выполнения чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - заявляемый трансформатор напряжения с литой изоляцией, содержащий встроенный высоковольтный предохранитель, до его срабатывания; на фиг. 2 - тот же трансформатор, после срабатывания высоковольтного предохранителя; на фиг. 3 - внутренняя поверхность высоковольтного вывода, вид А фиг.1.

Трансформатор напряжения содержит магнитопровод 1, высоковольтную обмотку 2 и, по крайней мере, одну низковольтную обмотку 3 и высоковольтный вывод 4, размещенные в литом изоляционном корпусе 5.

В верхней части корпуса 5 выполнено гнездо 6, в котором размещен предохранитель 7, соединенный с высоковольтным выводом 4.

Предохранитель 7 содержит два цоколя 8 и 9, корпус 10 из электроизоляционного газогенерирующего материала, в котором размещены растягивающая пружина 11 и металлопленочный резистор 12.

Для выхода несгенерированных остатков газов в высоковольтном выводе 4 выполнено отверстие 13. Для аналогичной цели в цоколе 9 высоковольтного предохранителя 7 выполнено отверстие 14 таким образом, что отверстие 14 расположено оппозитно отверстию 13.

На внутренней поверхности высоковольтного вывода 4 выполнен кольцевой паз 15, соединенный с отверстием 13, который размещен оппозитно отверстию 14 в цоколе 9 предохранителя 7.

Номинальное значение сопротивления металлопленочного резистора выбрано, исходя из предельно допустимого тока высоковольтной обмотки трансформатора напряжения.

Номинальные и предельно допустимые токи высоковольтной обмотки трансформатора напряжения имеют малые значения - не более 1А. При этом в начальный момент развития повреждения значение тока высоковольтной обмотки не превысит 2 А.

Разрываемый в предохранителе ток при таком его значении будет иметь характер искрового разряда и не перейдет в дуговой разряд.

Отключение трансформатора напряжения с помощью предохранителя в начальный момент развития повреждения исключает вероятность возникновения сквозного тока короткого замыкания непосредственно в трансформаторе напряжения.

Выполнение предохранителей встроенными в гнездо литого изоляционного корпуса трансформатора напряжения полностью исключает междуфазное короткое замыкание.

Перегрузочные характеристики металлопленочных резисторов малой мощности (от 0,062 до 0,25 Вт) с различными номинальными значениями их сопротивлений показывают, что зависимость значения времени сгорания резистора от значения его перегрузки по отношению к его номинальной мощности отличается стабильностью и является инвариантной для различных номинальных значений сопротивлений, то есть имеет одинаковый характер зависимости:

где t_з. - время срабатывания резистора, с;
P_p. - мощность, при которой сгорает резистор, Вт;
Р_ном.р. - номинальная мощность резистора, Вт.

Перегрузочные (токовременные) характеристики металлопленочных резисторов по своему виду совпадают с токовременными характеристиками металлических плавких вставок предохранителей, что позволяет использовать металлопленочные резисторы в качестве плавких вставок.

Значение сопротивления металлопленочного резистора, используемого в качестве плавкой вставки в трансформаторе напряжения заявляемой конструкции, необходимо выбирать из соотношения

где r_ном.р. - номинальное сопротивление резистора, Ом;
Р_ном.р. - номинальная мощность резистора, Вт;

- коэффициент перегрузки резистора по мощности, обеспечивающий срабатывание предохранителя за время t_з.;
I_з. - ток срабатывания предохранителя за время t_з. (определяется в соответствии с токовременной характеристикой предохранителя), А;
I_1max.тр. - предельно допустимый ток высоковольтной обмотки трансформатора напряжения, А;
I_ном.р. - номинальный ток резистора, А. Левая часть неравенства получена следующим образом. Номинальное сопротивление резистора равно

Умножив и разделив это выражение на одно и то же число - квадрат тока срабатывания предохранителя I² _з., получим

где

- коэффициент перегрузки резистора по квадрату тока (по мощности), поскольку мощность пропорциональна квадрату тока.

Ток срабатывания предохранителя I_з. взаимосвязан с временем срабатывания t_з. Их значения выбираются по токовременной характеристике.

Выбранное значение тока срабатывания предохранителя I_з. должно всегда превышать значение предельно допустимого тока I_1max.тp. высоковольтной обмотки трансформатора напряжения.

Физический смысл знака ≤ между левой и средней частями неравенства заключается в том, чтобы выбранное номинальное сопротивление резистора было равно или больше расчетного значения. В этом случае при протекании по резистору тока, значение которого равно значению тока срабатывания I_з., предохранитель сработает.

Физический смысл знака <между средней и правой частями неравенства заключается в том, что для исключения возможности срабатывания предохранителя при протекании по резистору предельно допустимого тока I_1max.тp. высоковольтной обмотки трансформатора напряжения предохранитель не будет срабатывать, так как номинальное сопротивление резистора будет меньше значения сопротивления, рассчитанного по правой части неравенства.

В Открытом акционерном обществе "Свердловский завод трансформаторов тока" разработана техническая документация, в которой реализовано заявляемое техническое решение, в соответствии с которой изготовлены и испытаны трансформаторы напряжения с литой изоляцией. Положительные результаты испытаний подтвердили высокую надежность защиты трансформаторов напряжения, изготовленных в соответствии с заявляемым решением, и возможность широкого практического применения таких трансформаторов в будущем.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР 1356036, Н 01 Н 85/02, 1987 г.

2. Свидетельство РФ на полезную модель 10282, H 01 F 38/24, 1999 г.

Использование: в трансформаторостроении. Технический результат заключается в повышении надежности защиты. Трансформатор содержит магнитопровод, высоковольтную обмотку, по крайней мере, одну низковольтную обмотку и один высоковольтный вывод, которые размещены в литом изоляционном корпусе. В его верхней части выполнено гнездо, в котором установлен высоковольтный предохранитель, соединенный с высоковольтным выводом. Он содержит два цоколя, корпус из электроизоляционного газогенерирующего материала, в котором размещены растягивающая пружина и металлопленочный резистор малой мощности, выполняющий роль плавкой вставки. В одном из цоколей предохранителя и высоковольтном выводе выполнено оппозитно друг другу, по крайней мере, по одному отверстию, а на внутренней поверхности высоковольтного вывода выполнен оппозитно отверстию в цоколе кольцевой паз, соединенный с отверстием в выводе. Номинальное значение сопротивления резистора выбрано из соотношения

где r_ном.р. - номинальное сопротивление резистора, Ом; Р_ном.р. - номинальная мощность резистора, Вт;

- коэффициент перегрузки резистора по мощности, обеспечивающий срабатывание предохранителя за время t_з.; I_з. - ток срабатывания предохранителя за время t₃. (определяется в соответствии с токовременной характеристикой предохранителя), А; I_lmax.тр. - предельно допустимый ток высоковольтной обмотки трансформатора напряжения, А; I_ном.р.- номинальный ток резистора, А. 3 ил.

Трансформатор напряжения с литой изоляцией, содержащий магнитопровод, высоковольтную обмотку, по крайней мере, одну низковольтную обмотку и один высоковольтный вывод, размещенные в литом изоляционном корпусе, в верхней части которого выполнено гнездо, в котором установлен высоковольтный предохранитель, соединенный с высоковольтным выводом и содержащий два цоколя, корпус из электроизоляционного газогенерирующего материала, в котором размещены растягивающая пружина и металлопленочный резистор малой мощности, выполняющий роль плавкой вставки, при этом в одном из цоколей предохранителя и высоковольтном выводе выполнено оппозитно друг другу, по крайней мере, по одному отверстию, отличающийся тем, что на внутренней поверхности высоковольтного вывода выполнен кольцевой паз, соединенный с отверстием в выводе и размещенный оппозитно отверстию в цоколе, при этом номинальное значение сопротивления резистора выбрано из соотношения

где r_ном.р. - номинальное сопротивление резистора, Ом;
Р_ном.р. - номинальная мощность резистора, Вт;
-
- коэффициент перегрузки резистора по мощности, обеспечивающий срабатывание предохранителя за время t_з.;
I_з. - ток срабатывания предохранителя за время t_з. (определяется в соответствии с токовременной характеристикой предохранителя), А;
I_lmax.тр. - предельно допустимый ток высоковольтной обмотки трансформатора напряжения, А;
I_ном.р.- номинальный ток резистора, А.