ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА С ГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ Российский патент 2003 года по МПК H01F38/30 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к измерительным трансформаторам тока высоких и сверхвысоких напряжений с газовой изоляцией, например SF₆ или смесью на основе SF₆, и предназначено для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам, устройствам защиты и управления в установках переменного тока 50 Гц или 60 Гц.

Известен высоковольтный измерительный трансформатор тока с газовой изоляцией (см. патент РФ 2095872, H 01 F 38/30, заявл. 12.04.94, опубл. 10.11.97, Бюл. 31), содержащий, как и заявленный трансформатор тока, металлический корпус, в котором расположена первичная обмотка, проходящая через окно комплекта вторичных обмоток, заключенных в кольцевой электростатический экран, связанный с заземленной трубой отводов, установленной внутри изоляционной покрышки, верхний цилиндрический металлический фланец которой соединен с металлическим корпусом через плоскую опорную плиту, а ее нижний цилиндрический металлический фланец установлен на цоколь опорного основания указанного трансформатора, с боковых сторон металлического корпуса установлены изоляционные диски, в каждом из которых закреплены зажимные элементы для подсоединения первичной обмотки и контактного вывода указанного трансформатора.

Недостатки выбранного аналога:
- при расположении вторичных обмоток одна на другой ухудшается теплоотвод от обмоток и увеличивается перегрев обмоток;
- средняя магнитная силовая линия обмоток, находящихся снаружи, увеличивается, что приводит к увеличению погрешностей и к увеличению сечения данных обмоток;
- труба, выходящая из экрана, раскреплена, что может привести к деформации экрана при транспортировке трансформатора в горизонтальном положении.

Известный трансформатор тока высокого напряжения с газовой изоляцией (см. проспект фирмы ABB и Уралэлектротяжмаш "Трансформатор тока типа TG 145, 1992г., стр.4, рис.1), взятый за прототип, содержит металлическое основание, фарфоровый опорный изолятор и металлический корпус, в котором расположены первичная обмотка и комплект вторичных обмоток, который, в свою очередь, включает ленточные тороидальные магнитопроводы, закрепленные в защитном электростатическом экране и поддерживаемые стальной трубой отводов.

Первичная обмотка состоит из четырех внутренних шин и трех внешних изолированных шин, расположенных на поверхности металлического корпуса.

При помощи перемычек шины соединены на разное число витков и соответственно на разный коэффициент трансформации.

Переключающие перемычки закрыты съемными изоляционными коробками. Схемы переключения первичных витков расположены около линейных контактных выводов первичной обмотки - снаружи корпуса установлены две изоляционные колодки, которые расположены между металлическими фланцами.

На каждой из изоляционных колодок по двум концентрическим окружностям установлены съемные переходные зажимные элементы.

Трансформатор снабжен манометром и устройством для заполнения трансформатора газом (вентиль с трубопроводом).

Трансформатор снабжен защитной мембраной, которая разрушается при скачкообразном повышения давления газа.

Мембрана установлена под металлическим основанием.

Согласно прототипу высоковольтный измерительный трансформатор тока с газовой изоляцией содержит металлический корпус, в котором расположена первичная обмотка, проходящая через окно комплекта вторичных обмоток, закрепленных в электростатический экран, который связан с заземленной трубой отводов, установленной внутри изоляционной покрышки.

С боковых сторон корпуса перпендикулярно контактным выводам трансформатора установлены изоляционные диски, в каждом из которых закреплены зажимные элементы для подсоединения первичной обмотки.

Недостатками прототипа являются:
- сложность конструкции и повышенный расход материала из-за использования внутренних и внешних шин;
- в конструкции создается несколько разъемов, которые ухудшают герметичность корпуса, и не исключена утечка элегаза. Выхлоп газов вниз при срабатывании предохранительной мембраны опасен для обслуживающего персонала.

Целью изобретения является усовершенствование конструкции, повышение надежности, уменьшение расхода материалов и снижение трудозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что высоковольтный измерительный трансформатор тока с газовой изоляцией содержит металлический корпус, в котором расположена первичная обмотка, проходящая через окно комплекта вторичных обмоток, заключенных в кольцевой электростатический экран, связанный с заземленной трубкой отводов, установленной внутри изоляционной покрышки, верхний цилиндрический металлический фланец которой соединен с металлическим корпусом через плоскую опорную плиту, а ее нижний цилиндрический металлический фланец установлен на цоколь опорного основания указанного трансформатора.

С боковых сторон металлического корпуса установлены изоляционные диски, в каждом из которых закреплены зажимные элементы для подсоединения первичной обмотки и контактного вывода трансформатора.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается трансформатор, который дополнительно снабжен подставками, распорными изоляторами и металлическими несущими фланцами.

Комплект вторичных обмоток упирается на подставки, которые жестко закреплены к плоской опорной плите металлического корпуса и изолированы от него с помощью распорных изоляторов.

Электростатический экран первичной обмотки выполнен в виде цилиндра, в котором размещены несколько кабельных перемычек, каждая из которых состоит из соединительных проводов первичной обмотки, собранных в пучок, каждый пучок помещен в термоусаживающую трубку, на концах которой установлены наконечники для подсоединения кабельных перемычек к изоляционным дискам, которые расположены во внутренних проточках металлических несущих фланцев, установленных вертикально, соединенных с металлическим корпусом и снаружи и внутри него закрытых защитными крышками.

В опорном основании указанного трансформатора установлена изоляционная плита, к которой подсоединены провода комплекта вторичных обмоток, выходящие из заземленной трубы отводов, и заземлен ниппель для заполнения газом.

На нижней части металлического корпуса с помощью бобышек закреплена гребенка, в пазах которой расположены соединительные провода кабельных перемычек, выходящие со стороны контактного вывода указанного трансформатора, расположенные на боковой поверхности в нижней части металлического корпуса и закрытые защитным кожухом.

В изоляционных дисках выполнены сквозные отверстия, в которых установлены указанные зажимные элементы.

Сквозные отверстия выполнены в центре и по окружностям изоляционных дисков.

Зажимные элементы представляют собой металлические шпильки, выполненные с утолщением.

Утолщения расположены в сквозных отверстиях и под ними установлена резиновая прокладка.

Металлические шпильки, установленные в центре изоляционных дисков, выполнены удлиненными.

К удлиненному концу металлических шпилек прикреплен контактный вывод указанного трансформатора.

Контактный вывод указанного трансформатора выполнен в виде лопатки.

Ребра изоляционной покрышки выполнены из полимерного материала, например, на основе силиконов.

Ребра изоляционной покрышки установлены на стеклоэпоксидном цилиндре.

На стеклоэпоксидном цилиндре выполнены утолщения, в которых имеется ряд проточек.

Проточки заполнены клеящим составом, например эпоксидным компаундом.

Цилиндрические металлические фланцы изоляционной покрышки выполнены с уступом.

В верхнем металлическом цилиндрическом фланце изоляционной покрышки между уступом и ребром выполнена выточка.

Выточка заполнена полимерным материалом, например, на основе силиконов.

В опорном основании указанного трансформатора установлена обечайка, к которой присоединен трубопровод ниппеля.

Внутри металлического корпуса ниппеля установлен шаровый клапан с возможностью поджатия с помощью пружины.

В отверстии металлического корпуса ниппеля установлена втулка для установки манометра.

Сверху металлического корпуса установлена предохранительная мембрана.

Сверху предохранительной мембраны установлена защитная металлическая крышка.

Технический результат, который получен при осуществлении изобретения:
- трансформатор усовершенствован, надежен в эксплуатации, выполняется надежное механическое раскрепление электростатического экрана комплекта вторичных обмоток с помощью распорных изоляторов, установленных на подставке;
- снижена рабочая напряженность электрического поля и исключены перекрытия изоляционных промежутков за счет создания оптимальных изоляционных расстояний в трансформаторе и выполнения экранов с закруглением требуемых радиусов;
- в трансформаторе легко корректируются погрешности во время приемосдаточных испытаний;
- достигнут высокий класс точности - 0,2;
- сохранены оптимальные размеры трансформатора, что обеспечивает экономию изоляционных материалов;
- трансформатор изготавливается в условиях особо чистого производства, при котором исключается попадание пыли при сборе активной части;
- достигнута высокая чистота обработки экранирующих поверхностей.

Измерительный трансформатор с газовой изоляцией и полимерной покрышкой с ребрами из силикона изготавливается на базе собственной конструкции, обеспечивающей высокое качество, надежность, долговечность, взрывобезопасность и экологическую чистоту окружающей среды.

Заявляемый высоковольтный измерительный трансформатор тока с газовой изоляцией поясняется графически, где:
фиг.1 - общий вид трансформатора,
фиг.2 - вид А по фиг.1,
фиг.3 - выноска I по фиг.1,
фиг.4 - сечение В-В по фиг.3,
фиг.5 - выноска II по фиг.1,
фиг.6 - хвостовая часть изоляционной колодки,
фиг.7 - торец изоляционной колодки,
фиг.3 - прокладка,
фиг.9 - кабельная перемычка,
фиг.10 - наконечник,
фиг.12 - полимерная покрышка,
фиг.13 - выноска III по фиг.12,
фиг.14 - опорное основание,
фиг.15 - ниппель с трубопроводом.

Изобретение - Высоковольтный измерительный трансформатор тока с газовой изоляцией содержит металлический корпус 1 с эллиптическим донышком 2, сверху которого установлена защитная металлическая крышка 3 (см. фиг.1).

В корпусе 1 расположена первичная обмотка 4 и комплект вторичных обмоток 5, кольцевые магнитопроводы 6 которых заключены в кольцевой электростатический экран 7.

Через окно комплекта вторичных обмоток 5 проходит первичная обмотка 4. Комплект вторичных обмоток 5 упирается на подставки 8, которые изолированы от корпуса 1 с помощью двух или трех распорных изоляторов 9 (см. фиг.2).

Изоляционная покрышка 10 выполнена из полимерного материала, например, на основе силиконов с верхним и нижним цилиндрическими металлическими фланцами 11 и 12 (см. фиг.1).

Полимерная силиконовая покрышка 10, имеющая ребра 13, соединена с корпусом 1 через плоскую опорную плиту 14 из проводникового немагнитного материала, которая соединена с верхним фланцем 11 покрышки 10.

Подставки 8 установлены на плоскую опорную плиту 14 и жестко закреплены с ней с помощью шпилек 15, при этом на подставки 8 установлены распорные изоляторы 9 (см. фиг.1, фиг.2).

Нижний фланец 12 полимерной покрышки 10 установлен на цоколь 16 опорного основания 17 трансформатора 8 (см. фиг.1).

В полимерной покрышке 10 помещены заземленная труба отводов 18 и потенциальный экран 19.

Через заземленную трубу отводов 18 проходят вторичные провода 20, которые присоединены к изоляционной плите 21, установленной в опорном основании 17.

Потенциальный экран 19, через который проходит заземленная труба отводов 18, закреплен к плоской опорной плите 14 корпуса 1.

Первичная обмотка 4 содержит общий электростатический экран в виде алюминиевого цилиндра 22, в котором размещены несколько кабельных перемычек 23 (см. фиг.1, фиг.9).

Кабельных перемычек 23 выполняется от 4 до 15 штук.

Каждая кабельная перемычка 23 состоит из внутренних многожильных соединительных проводов 24, которые собраны в пучок, и каждый из которых, в свою очередь, заключен в термоусаживающую трубку 25.

На концах трубки 25 установлены медные наконечники 26, которые друг от друга выполнены с максимальной разводкой (45^o±30') для надежного подключения (см. фиг.10, фиг.11).

Наконечники 26 жестко входят в термоусаживающую трубку 25, которая при нагревании увеличивается и облегает расположенные внутри нее соединительные провода 24 (см. фиг.9, фиг.10, фиг.11).

С помощью наконечников 26 кабельные перемычки 23 подсоединены к изоляционным (эпоксидным) дискам 27, выполненными круглыми и установленным по боковым сторонам корпуса 1 перпендикулярно контактным выводам трансформатора, выполненным в виде лопаток 28 (см. фиг.1, фиг.2, фиг.3).

При этом изоляционные диски 27 расположены во внутренних проточках металлических несущих фланцев 29, которые в свою очередь, установлены вертикально и соединены с корпусом 1.

Изоляционные диски 27 и несущие фланцы 29 закрыты как внутри корпуса 1, так и снаружи защитными крышками 30 и 31 (см. фиг.1).

В изоляционных дисках 27 выполнены сквозные отверстия 32, в которых установлены зажимные элементы, представляющие собой металлические удлиненные и короткие шпильки 33 и 34.

Металлические шпильки 33 и 34 проходят через диски 27 и поджимаются с помощью гаек 35 и шайб 36 и служат зажимами для наконечников 26 кабельных перемычек 23 (см. фиг.1, фиг.4, фиг.5).

Металлические шпильки 33, 34 выполнены с утолщениями, расположенными в сквозных отверстиях 32 и под ними установлена резиновая прокладка 37 (см. фиг.4, 5, 6, 7 и 8).

Сквозные отверстия 32 в дисках 27 расположены в центре и по окружности диска.

Количество отверстий 32 выполняется от 4 до 15 в зависимости от количества выполняемых перемычек 23 первичной обмотки 4 (см. фиг.1, 2, 3).

Металлические шпильки 33, установленные в центре изоляционных дисков 27, выполнены удлиненными.

Удлиненный конец металлических шпилек 33 выходит из корпуса наружу и к нему закреплена контактная лопатка 28 трансформатора (см. фиг.1, 5, 6).

Соединительные провода 24 кабельных перемычек 23, выходящие со стороны контактной лопатки 28 Л₂, проходят по боковой поверхности в нижней части корпуса 1 и закрываются металлическим защитным кожухом 40 (см. фиг.1, фиг.2).

Ребра 13 изоляционной покрышки 10 установлены на стеклоэпоксидном цилиндре 41(см. фиг.12, фиг.13).

В месте установки металлических фланцев 11, 12 покрышки 10, на стеклоэпоксидном цилиндре 41 выполнены утолщения 42 и 43, в которых имеется ряд проточек, заполненных клеящим составом, например эпоксидным компаундом 44 (см. фиг.12).

Каждый металлический фланец 11, 12 покрышки 10 выполнен с волнообразным уступом 45 и 46, который направлен к ребру 13 изоляционной покрышки 10.

В верхнем металлическом цилиндрическом фланце 11 между уступом 45 и ребром 13 изоляционной покрышки 10 выполнена выточка 47, которая заполнена полимерным материалом, например, на основе силиконов (см. фиг.12, фиг.13).

Соединительные провода 24 уложены в пазах гребенки 48, которая закреплена на нижней части корпуса 1 с помощью бобышек 49 (см. фиг.2).

В опорном основании 17 трансформатора вмонтирован ниппель 50 для заполнения трансформатора элегазом (SF₆), а также имеется манометр 51 для контроля давления внутри трансформатора (см. фиг.1).

К цоколю 16 опорного основания 17 приварены обечайка 52 и опорные лапки 53 основания 17 (см. фиг.14).

Трубопровод 54 от ниппеля 50 соединен с обечайкой (см. фиг.14).

На основании из опорных лапок 53 основания 17 выполнена бобышка 55 для установки болта заземления (не показан).

Внутри металлического корпуса 56 ниппеля 50 установлена втулка 57 с внутренней скошенной поверхностью, в которую упирается установленный внутри корпуса 56 шаровый клапан 58 с возможностью поджатая с помощью пружины 59 (см. фиг.15).

На другом конце ниппеля 50 в отверстие корпуса 56 установлена металлическая втулка 60, сверху которой выполнена накладная гайка 61.

Металлическая втулка 60 предназначена для установки манометра 62, контролирующего давление элегаза.

Элегаз (шестифтористая сера SF₆) через ниппель 50 заполняется под давлением 0,35 МПа.

Ниппель 50 после заполнения трансформатора газом (SF₆) уплотняется глухим колпаком 63 и пломбируется.

Металлическая крышка 3 защищает установленную сверху эллиптического донышка 2 корпуса 1 предохранительную мембрану 64, которая срабатывает при избыточном давлении элегаза внутри трансформатора, превышающем в 1,5 раза рабочее давление элегаза.

Высоковольтный измерительный трансформатор тока с газовой изоляцией работает следующим образом.

Первичная обмотка 4 включается в цепь рассечку высоковольтной сети последовательно; с помощью кабельных перемычек 22 создается требуемая величина ампер-витков от контактных лопаток 34 Л₁ до Л₂.

Вторичные обмотки 5 замыкаются на приборы вторичной цепи, преобразуя информацию в низковольтный ток, пропорционально первичному.

При этом с контактной лопатки 34 Л₂ первичный ток пойдет по соединительным проводам 24, проходящим через магнитопроводы 6 комплекта вторичных обмоток 5 внутри трансформатора, на контактную лопатку 34 Л₁ и соединительные провода 34, огибающие магнитопроводы 6 и расположенные на наружной боковой поверхности корпуса 1 трансформатора.

Высоковольтный измерительный трансформатор тока с газовой изоляцией позволяет следующее:
- трансформатор не требует обслуживания в течение всего срока службы;
- при изготовлении 1000 шт. трансформаторов в год экономится около 2150000 кВт- часов электроэнергии;
- трансформатор с элегазовым заполнением и полимерной покрышкой конкурентоспособный на внутреннем и внешнем рынках Украины.

Использование: для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам, устройствам защиты и управления. Технический результат заключается в повышении надежности, уменьшении расхода материалов и снижении трудозатрат. Устройство содержит металлический корпус, в котором расположена первичная обмотка, проходящая через окно комплекта вторичных обмоток, заключенных в кольцевой электростатический экран, связанный с заземленной трубой отводов, установленной внутри изоляционной покрышки. Верхний ее цилиндрический металлический фланец соединен с металлическим корпусом через плоскую опорную плиту, а нижний установлен на цоколь опорного основания. С боковых сторон металлического корпуса установлены изоляционные диски, в каждом из которых закреплены зажимные элементы для подсоединения первичной обмотки и контактного вывода трансформатора. Электростатический экран первичной обмотки выполнен в виде цилиндра, в котором размещены несколько кабельных перемычек, каждая из которых состоит из соединительных проводов первичной обмотки, собранных в пучок. Каждый пучок помещен в термоусаживающую трубку, на концах которой установлены наконечники для подсоединения кабельных перемычек к изоляционным дискам, расположенным во внутренних проточках металлических несущих фланцев. В опорном основании установлена изоляционная плита, к которой подсоединены провода комплекта вторичных обмоток, выходящие из заземленной трубы отводов, и закреплен ниппель для заполнения газом. На нижней части металлического корпуса закреплена гребенка, в пазах которой расположены соединительные провода кабельных перемычек, выходящие со стороны контактного вывода трансформатора. 19 з.п.ф-лы, 15 ил.

1. Высоковольтный измерительный трансформатор тока с газовой изоляцией, содержащий металлический корпус, в котором расположена первичная обмотка, проходящая через окно комплекта вторичных обмоток, заключенных в кольцевой электростатический экран, связанный с заземленной трубой отводов, установленной внутри изоляционной покрышки, верхний цилиндрический металлический фланец которой соединен с металлическим корпусом через плоскую опорную плиту, а ее нижний цилиндрический металлический фланец установлен на цоколь опорного основания указанного трансформатора, с боковых сторон металлического корпуса установлены изоляционные диски, в каждом из которых закреплены зажимные элементы для подсоединения первичной обмотки и контактного вывода указанного трансформатора, отличающийся тем, что металлический корпус снабжен подставками, распорными изоляторами и металлическими несущими фланцами, при этом комплект вторичных обмоток упирается на подставки, которые жестко закреплены к плоской опорной плите металлического корпуса и изолированы от него с помощью распорных изоляторов, электростатический экран первичной обмотки выполнен в виде цилиндра, в котором размещены несколько кабельных перемычек, каждая из которых состоит из соединительных проводов первичной обмотки, собранных в пучок, каждый пучок помещен в термоусаживающую трубку, на концах которой установлены наконечники для подсоединения кабельных перемычек к изоляционным дискам, которые расположены во внутренних проточках металлических несущих фланцев, установленных вертикально, соединенных с металлическим корпусом и снаружи и внутри него закрытых защитными крышками, в опорном основании указанного трансформатора установлена изоляционная плита, к которой подсоединены провода комплекта вторичных обмоток, выходящие из заземленной трубы отводов, и закреплен ниппель для заполнения газом, а на нижней части металлического корпуса с помощью бобышек закреплена гребенка, в пазах которой расположены соединительные провода кабельных перемычек, выходящие со стороны контактного вывода указанного трансформатора, расположенные на боковой поверхности в нижней части металлического корпуса и закрытые защитным кожухом. 2. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что в изоляционных дисках выполнены сквозные отверстия, в которых установлены указанные зажимные элементы. 3. Трансформатор по п. 2, отличающийся тем, что сквозные отверстия выполнены в центре и по окружностям изоляционных дисков. 4. Трансформатор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что указанные зажимные элементы представляют собой металлические шпильки, выполненные с утолщением. 5. Трансформатор по п. 4, отличающийся тем, что утолщения расположены в сквозных отверстиях и под ними установлена резиновая прокладка. 6. Трансформатор по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что металлические шпильки, установленные в центре изоляционных дисков, выполнены удлиненными. 7. Трансформатор по п. 6, отличающийся тем, что к удлиненному концу металлических шпилек прикреплен контактный вывод указанного трансформатора. 8. Трансформатор по п. 1 или 7, отличающийся тем, что контактный вывод указанного трансформатора выполнен в виде лопатки. 9. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что ребра изоляционной покрышки выполнены из полимерного материала, например, на основе силиконов. 10. Трансформатор по п. 1 или 9, отличающийся тем, что ребра изоляционной покрышки установлены на стеклоэпоксидном цилиндре. 11. Трансформатор по п. 10, отличающийся тем, что на стеклоэпоксидном цилиндре выполнены утолщения, в которых имеется ряд проточек. 12. Трансформатор по п. 11, отличающийся тем, что проточки заполнены клеящим составом, например, эпоксидным компаундом. 13. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрические металлические фланцы изоляционной покрышки выполнены с уступом. 14. Трансформатор по п. 13, отличающийся тем, что в верхнем металлическом цилиндрическом фланце изоляционной покрышки между уступом и ребром выполнена выточка. 15. Трансформатор по п. 14, отличающийся тем, что выточка заполнена полимерным материалом, например, на основе силиконов. 16. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что в опорном основании указанного трансформатора установлена обечайка, к которой присоединен трубопровод ниппеля. 17. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что внутри металлического корпуса ниппеля установлен шаровый клапан с возможностью поджатия с помощью пружины. 18. Трансформатор по любому из пп. 1, 16 и 17, отличающийся тем, что в отверстии металлического корпуса ниппеля установлена втулка для установки манометра. 19. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что сверху металлического корпуса установлена предохранительная мембрана. 20. Трансформатор по п. 19, отличающийся тем, что сверху предохранительной мембраны установлена защитная металлическая крышка.