СИСТЕМА ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ИЗОЛЯЦИИ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2010 года по МПК H01F27/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе высоковольтной изоляции для постоянного тока высокого напряжения, содержащей ввод с проводником, соединение с проводником трансформатора, проводящий защитный электрод, который осуществляет защиту соединения между вводом и трансформатором, и окружающую систему изоляции, погруженную в трансформаторное масло.

Изобретение также относится к способу изготовления высоковольтной изоляции.

Уровень техники

Место соединения токовых цепей трансформаторного ввода с самим трансформатором/реактором в преобразователе постоянного тока высокого напряжения (ПТВН) или сглаживающем реакторе обычно защищают посредством системы изоляции.

Система высоковольтной изоляции для мест соединений вводов с трансформаторами и сглаживающими реакторами ПТВН известна, например, из европейского патента 0285895. В данном патенте раскрывается ввод со своим проводником, который соединяется с проводником трансформатора внутри экрана (защитного электрода). Место соединения токовых цепей внутри защитного электрода окружено барьерами из твердого изоляционного материала, помещенными в трансформаторное масло, что образует закрытую систему изоляции.

Также хорошо известен способ увеличения электрической прочности трансформаторного масла в отношении градиента напряжения переменного тока путем разделения объема масла, расположенного вокруг электрода.

Раскрытие изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается улучшенная система изоляции для очень высоких напряжений. В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается усовершенствованный способ изготовления такой системы.

Согласно первому аспекту изобретения решение поставленной задачи достигается системой изоляции, охарактеризованной в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Дополнительные предпочтительные варианты осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах 2-6 формулы изобретения.

Согласно второму аспекту изобретения решение поставленной задачи достигается способом изготовления системы высоковольтной изоляции в соответствии с отличительной частью пункта 7 формулы изобретения.

Таким образом, настоящее изобретение относится к конструкции системы изоляции мест соединений вводов трансформаторов преобразователей ПТВН и сглаживающих реакторов, которая сочетает в себе две изолирующие структуры: один цилиндрический барьер, который окружает собой ввод, сторону трансформатора и защитный электрод места соединения ввода, и систему барьеров, закрепленную на самом защитном электроде.

Помимо этого, изобретение относится к способу изготовления системы изоляции.

Краткое описание чертежа

На чертеже схематически показана конструкция системы изоляции, соответствующая настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Далее изобретение описывается на базе примера со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором индексом 1 обозначен трансформаторный ввод с проводником 2 и изоляцией 3 ввода. Проводник 2 соединяется с проводником 4 трансформатора в месте соединения 5. Изоляция 6 трансформатора устроена снаружи проводника 4 трансформатора. Проводящий защитный электрод 7 защищает соединение 5. Соединение ввода в целом окружено цилиндрическим твердым изолирующим барьером 8, который охватывает ввод 1, защитный электрод 7 и некоторую часть изолирующего материала 6 стороны трансформатора. Индексом 9 обозначена заземленная стенка колонны, а индексом 10 - заземленный фланец ввода. Система изоляции трансформатора погружена в трансформаторное масло 11 или диэлектрическую жидкость с аналогичными свойствами.

Ввод 1 осуществляет соединение с трансформатором внутри защитного электрода 7. В соответствии с изобретением защитный электрод оснащен прикрепленной к нему барьерной системой, которая состоит из барьеров 12 из твердого изоляционного материала. Как показано на чертеже, барьеры 12 из твердого изоляционного материала расположены радиально снаружи защитного электрода 7, при этом между барьерами 12 предусмотрено расстояние 13.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения барьеры 12 из твердого изоляционного материала в осевом направлении выступают за осевой габарит защитного электрода 7, причем изолирующий барьер 12, ближайший к защитному электроду, имеет осевую протяженность, меньшую, чем у соседнего изолирующего барьера 12.

Барьеры 12 из твердого изоляционного материала, закрепленные на защитном электроде, заканчиваются на значительном расстоянии 75 мм - 200 мм (типичное расстояние 80 мм) от изолирующего материала 3 ввода и изолирующего материала 6 трансформатора, и таким образом не находятся в прямом контакте с твердым изолирующим материалом ни на одной из сторон.

Согласно изобретению задача барьеров 12, закрепленных на защитном электроде, заключается в разделении объема масла, находящегося вблизи защитного электрода 7, на меньшие объемы, которые обладают более высокой электрической прочностью в отношении градиента напряжения переменного тока, чем более крупные объемы масла.

При существовании градиента напряжения постоянного тока, который возникает вследствие протекания постоянного тока высокого напряжения, барьеры 12 сами подвергаются действию указанного градиента, амплитуда которого определяется тем, насколько рассматриваемые барьеры ограничивают ток утечки от земли к высоковольтным цепям во всех направлениях.

Земля 10 находится на фланце ввода и стенке 9 колонны, это означает, что токи на землю протекают в осевом направлении, вдоль ввода и боковой стороны трансформатора, а также в радиальном направлении, через систему барьеров 12 из твердого изоляционного материала.

В направлении, касательном вводу и стороне трансформатора, барьеры 12 не ограничивают протекание тока, что допускает в этих направлениях очень небольшое увеличение градиента напряжения по сравнению с градиентом, который получался бы при отсутствии барьеров.

В направлении, перпендикулярном указанному, в радиальном направлении наружу, величина градиента напряжения, вызванного ограничением тока со стороны барьеров 12 на защитном электроде и цилиндрического барьера 8, делится между цилиндрическим барьером 8 и барьерами защитного электрода 7, что в среднем создает умеренный градиент напряжения в твердом изоляционном материале.

Поэтому система изоляции, вышеописанная, конструкция которой соответствует настоящему изобретению, может сочетать в себе высокую электрическую прочность в отношении переменного тока вблизи защитного электрода 7 и рациональный контроль градиента постоянного тока посредством цилиндрического барьера 8.

Размер цилиндрического барьера 8 зависит от уровня напряжения постоянного тока, но указанный барьер всегда целиком окружает всю длину ввода, и перекрывает сторону трансформатора на длине в несколько сотен миллиметров, причем данная длина определяется градиентом напряжения постоянного тока. Барьер 8 выполнен из твердого изоляционного материала и масла и обычно представляет собой сочетание масляных каналов и прессшпана.

Барьеры 12 из твердого изоляционного материала, прикрепленные к защитному электроду, разделяют масло на объемы в виде каналов, которые имеют протяженность 2 мм - 30 мм (желательно, по 3 мм - 20 мм на канал), при этом число каналов 13 может быть разным, от одного до нескольких, а в типичном случае это число равно двум или трем. В представленном на чертеже варианте осуществления, число барьеров равно двум, что образует два канала 13. Барьеры 12, разделяющие масло вокруг защитного электрода, выполнены из твердого изоляционного материала, в типичном случае из прессшпана, толщиной от 1 мм до 5 мм, при типичной толщине 3 мм.

Одно из преимуществ цилиндрического барьера 8 заключается в том, что его изготовление можно вести независимо от изготовления изоляционного материала 6 стороны трансформатора, и поэтому с цилиндрическим барьером можно работать параллельно с изготовлением самого трансформатора. Он также обеспечивает простоту сборки в процессе изготовления и при монтаже на месте эксплуатации, а также более простые технические решения по системе изоляции по сравнению с европейским патентом 0285895, согласно которому необходимо изготовление множества сложных изоляционных барьеров, и требуется очень тщательная сборка.

Другая особенность технического решения, использованного в известном патенте, состоит в том, что конструкция защитного электрода должна противостоять полному напряжению постоянного тока, поскольку не предусматривается путь свободного протекания тока между защитным электродом, находящимся под высоким потенциалом, и землей.

Соответствующее настоящему изобретению сочетание цилиндрического барьера 8 и барьера защитного электрода 7 совместно с барьерами 12 из твердого изоляционного материала дает возможность оперировать с очень высокими напряжениями (с градиентом напряжения переменного тока, увеличенным за счет барьерной системы защитного электрода, и градиентом напряжения постоянного тока, который контролируется цилиндрическим барьером), и одновременно поддерживать рациональный производственный процесс с простым параллельным изготовлением и сборкой.

Соответствующая изобретению система высоковольтной изоляции рассчитана на очень высокие напряжения, например напряжения переменного/постоянного тока, превышающие 500 кВ, в предпочтительном случае 800 кВ и до 1000 кВ.

Хотя представленный вариант осуществления изобретения является предпочтительным, объем изобретения не ограничивается только данным вариантом, но также может включать в себя и другие варианты, очевидные для специалиста в данной области техники. Например, система изоляции может быть погружена в диэлектрическую жидкость со свойствами, подобными свойствам трансформаторного масла. Кроме того, принцип системы изоляции применим к напряжениям всех уровней. Также, система изоляции могла бы быть использована в трансформаторах и реакторах переменного тока высокого напряжения, поскольку ей внутренне присущи свойства, подходящие для такого применения.

Система высоковольтной изоляции для постоянного тока высокого напряжения, содержащая ввод (1) с проводником (2), соединение (5) с проводником (4) трансформатора и проводящий защитный электрод (7), защищающий соединение (5) между вводом и трансформатором, а также содержащая окружающую систему изоляции, погруженную в трансформаторное масло. Место соединения (5) проводника (1) ввода с проводником (4) трансформатора окружено цилиндрическим барьером (8) из твердого изоляционного материала. На наружной стороне проводящего защитного электрода (7) закреплены барьеры (12) из твердого изоляционного материала, которые заканчиваются на расстоянии от изоляционного материала (3) ввода и изоляционного материала (6) трансформатора, тем самым достигается умеренное падение напряжения на барьере (12) из твердого изоляционного материала. Система изоляции рассчитана на напряжение переменного/постоянного тока, превышающее 500 кВ, предпочтительно, 800 кВ и до 1000 кВ. Описан также способ изготовления указанной системы изоляции. Изобретение обеспечивает создание улучшенной изоляции для высоких напряжений. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система высоковольтной изоляции для постоянного тока высокого напряжения, содержащая ввод (1) с проводником (2), соединение (5) с проводником (4) трансформатора и проводящий защитный электрод (7), защищающий соединение (5) между вводом и трансформатором, а также содержащая окружающую систему изоляции, погруженную в трансформаторное масло, отличающаяся тем, что соединение (5) проводника ввода (1) с проводником (4) трансформатора окружено цилиндрическим барьером (8) из твердого изоляционного материала, при этом проводящий защитный электрод (7) содержит, по меньшей мере, один барьер (12) из твердого изоляционного материала, закрепленный на наружной стороне проводящего защитного электрода (7), причем барьер (12) из твердого изоляционного материала выступает в осевом направлении за осевой габарит защитного электрода (7) и заканчивается на расстоянии от изоляционного материала (3) ввода и изоляционного материала (6) трансформатора, в результате чего обеспечивается умеренное падение напряжения на барьере (12) из твердого изоляционного материала.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что барьер (12) из твердого изоляционного материала выполнен симметричным.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что количество барьеров (12) из твердого изоляционного материала составляет от 2 до 4, при этом между соседними барьерами (12) сформированы масляные каналы (13).

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что расстояние между соседними барьерами (12) из твердого изоляционного материала составляет от 2 до 30 мм и предпочтительно находится в интервале от 2 до 20 мм.

5. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что расстояние до изоляционного материала (3) ввода и изоляционного материала (6) трансформатора, соответственно, составляет от 30 до 200 мм, предпочтительно находится в интервале от 30 до 200 мм.

6. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что рассчитана на напряжение переменного/постоянного тока, превышающее 500 кВ, предпочтительно 800 кВ и до 1000 кВ.

7. Способ изготовления системы высоковольтной изоляции, отличающийся тем, что изготовление трансформатора с изоляцией (6) трансформатора осуществляют в рамках первого технологического процесса;
изготовление защитного электрода (7) с барьером (12) из твердого изоляционного материала осуществляют в рамках второго технологического процесса;
изготовление барьера (8) из твердого изоляционного материала осуществляют в рамках третьего технологического процесса;
изготовление ввода (1) осуществляют в рамках четвертого технологического процесса,
при этом указанные технологические процессы осуществляют независимо друг от друга, предпочтительно параллельно, а сборку компонентов выполняют на месте эксплуатации системы.