ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР, СНАБЖЕННЫЙ ЗАЩИТНЫМ ЭКРАНОМ, ЗАЩИТНЫЙ ЭКРАН И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО ЭКРАНА Российский патент 2010 года по МПК H01F27/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к высоковольтным трансформаторам, содержащим корпус трансформатора, внутренние элементы, такие как сердечник, ярма и обмотки трансформатора, расположенные в корпусе трансформатора, при этом внутренние элементы погружены в трансформаторное масло, причем внутренние элементы снабжены изолирующей структурой, содержащей изолирующие средства для изоляции конца высоковольтной обмотки, причем указанные изолирующие средства содержат защитный экран, размещенный над концом обмотки, и структуру из прессованного картона, выполненную в виде зигзагообразной структуры, размещенную вокруг конца обмотки и указанного защитного экрана, причем указанный защитный экран содержит сердечник, покрытый проводящим слоем, потенциально соединенным с концом обмотки, и непрерывным сплошным изолирующим слоем снаружи проводящего слоя.

Изобретение также относится к защитному экрану, предназначенному для использования в силовых трансформаторах и реакторах, погруженному в трансформаторное масло, содержащему сердечник, покрытый проводящим внешним слоем и непрерывным внешним сплошным изолирующим слоем снаружи проводящего слоя.

Изобретение также относится к способу изготовления защитного экрана, предназначенного для использования в высоковольтных трансформаторах и реакторах.

Уровень техники

Известно, что электрическое оборудование и устройства, такие как высоковольтные силовые трансформаторы, обычно оборудованы изолирующими системами на основе целлюлозных материалов и трансформаторного масла. Изолирующие системы используются для изоляции частей трансформаторов, связанных с высоким потенциалом, от частей, связанных с другими напряжениями или землей. Для повышения изолирующей способности масла часто используется способ подразделения объемов масла.

Основной проблемой, связанной с изоляцией, в трансформаторе с сердечником является проблема изоляции высоковольтных обмоток от сердечника и от соседних обмоток. В используемых решениях по изоляции обмоток для того, чтобы помочь справиться с воздействием на углы обмоток, которые выполнены как цилиндрические гильзы, часто используется структура, называемая защитный экран.

Далее со ссылкой на фиг.1 кратко описывается защитный экран в соответствии с уровнем техники, выполненный с возможностью использования для высоковольтного силового трансформатора.

Конец 1 высоковольтной обмотки силового трансформатора защищается изолирующей структурой, состоящей из перегородок 2 из прессованного картона, которые образуют зигзагообразную форму в окружающем трансформаторном масле 3.

В конце 1 обмотки для увеличения изоляции на углах обмотки более, чем это возможно с помощью использования для этого изоляции токонесущего проводника самой обмотки, используется защитный экран 4. Защитный экран образован сердечником 5 и является круглым цилиндром. Внешний слой сердечника покрывается проводящим слоем 6, который потенциально связан с обмоткой. Таким образом, внешний слой образует форму электрода защитного экрана 4. Снаружи электродного слоя 6 защитного экрана 4 расположен слой 7 со сплошной изоляцией, предпочтительно из целлюлозного материала. Таким образом, слой 7 обращен к трансформаторному маслу 3.

Материал сплошной изоляции 7, покрывающей проводящий слой 6 на сердечнике 5 защитного экрана 4, наносится исключительно равномерно.

Защитный экран 4 имеет несколько ключевых свойств. Наиболее фундаментальным свойством является изоляция угла обмотки, однако конструкция защитного экрана также влияет на поток масла, который охлаждает обмотку, поскольку масло течет мимо защитного экрана. Кроме того, он передает упругую силу (на чертеже вертикально), которая прилагается к обмотке через ярма для надежного закрепления обмотки.

Защитные экраны уровня техники выполнены таким образом, чтобы сплошной изолирующий материал 7 наносился равномерно, что означает, что механические, температурные и электрические свойства защитного экрана тесно связаны друг с другом.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение предназначено для создания высоковольтного трансформатора с защитным экраном, имеющим пониженное электростатическое напряжение в трансформаторном масле в критических областях снаружи защитного экрана, имеющего при этом высокие механическую прочность и тепловые характеристики в той части защитного экрана, которая подвергается значительным механическим воздействиям, а также имеет высокие требования по тепловым характеристикам.

Настоящее изобретение также направлено на создание защитного экрана, имеющего свойства, указанные выше.

Кроме того, настоящее изобретение направлено на предоставление способа изготовления защитного экрана, предназначенного для использования в высоковольтных трансформаторах.

Изобретение основано на понимании того, что механические, тепловые и электрические свойства защитного экрана могут быть скомбинированы только при неравномерном нанесении сплошной изоляции на сердечник, поскольку в случае равномерного нанесения требования противоречили бы друг другу, когда большое количество сплошной изоляции на углах защитного экрана препятствовало бы протеканию масла и ухудшало механические свойства, если необходимо было бы обеспечить защиту углов обмотки. По этой причине защитный экран в соответствии с изобретением имеет лучшие характеристики по сравнению с защитными экранами из уровня техники.

В соответствии с одним аспектом изобретения предусматривается высоковольтный силовой трансформатор согласно пункту 1 формулы изобретения, в соответствии с другим аспектом изобретения предусматривается защитный экран согласно пункту 7, и в соответствии с еще одним аспектом изобретения предусматривается способ изготовления защитного экрана согласно пункту 8.

Благодаря конструкции в соответствии с изобретением достигается несколько преимуществ. Количество сплошной изоляции на углах защитного экрана в соответствии с изобретением достаточно велико, снижая тем самым электростатическое напряжение в масле снаружи сплошного изолирующего слоя защитного экрана путем обеспечения более высокой степени падения напряжения в самой сплошной изоляции (что является преимуществом, поскольку она более диэлектрически устойчива). С другой стороны, для эффективной передачи упругой силы обмотки на ярмо количество сплошной изоляции в вертикальном направлении ограничено.

Таким образом, благодаря изобретению возможно адаптировать количество сплошной изоляции в каждом направлении для удовлетворения конкретных требований.

Дополнительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение описывается путем примера со ссылкой на сопровождающие чертежи.

На фиг.1 представлен схематичный вид поперечного сечения защитного экрана и окружающей изолирующей структуры в соответствии с уровнем техники.

На фиг.2 представлен схематичный вид поперечного сечения защитного экрана и окружающей изолирующей структуры в соответствии с изобретением.

На фиг.3 представлен схематичный вид поперечного сечения, детально иллюстрирующий защитный экран в соответствии с изобретением.

Осуществление изобретения

Далее дано детальное описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.

Защитный экран и окружающая изолирующая структура уровня техники были описаны в разделе «Уровень техники» со ссылкой на фиг.1, и этот чертеж здесь не обсуждается.

На фиг.2 показан вид защитного экрана 4 и окружающей изолирующей структуры в соответствии с изобретением, а на фиг.3 показан схематичный вид поперечного сечения, детально иллюстрирующий защитный экран в соответствии с изобретением.

На фиг.2 позицией 1 обозначен конец 1 высоковольтной обмотки силового трансформатора, который экранируется изолирующей структурой, состоящей из перегородок 2 из прессованного картона, которые образуют зигзагообразную структуру в окружающем трансформаторном масле 3. Позицией 4 обозначен защитный экран, используемый для увеличения изоляции на углах конца 1 обмотки более, чем это возможно путем применения изоляции токонесущего проводника самой обмотки. Защитный экран 4 образован сердечником 5, который имеет внутреннюю сторону 5а, обращенную к сердечнику трансформатора (не показан), и верхнюю горизонтальную сторону 5b, обращенную к ярму (не показано), внешнюю сторону 5 с и нижнюю горизонтальную сторону 5d, обращенную к концу 1 обмотки. Позиции 51 и 52 обозначают верхние углы сердечника 5.

Внешний слой сердечника покрыт проводящим слоем 6, предпочтительно алюминиевой фольгой, которая потенциально связана с обмоткой. Таким образом, внешний слой образует форму электрода защитного экрана 4. Снаружи электродного слоя 6 защитного экрана 4 расположен слой 7 со сплошной изоляцией, предпочтительно из целлюлозного материала. Слой 7 обращен к трансформаторному маслу 3.

На фиг.3 детально показана схематичная иллюстрация защитного экрана 4 в соответствии с изобретением, где непрерывный сплошной изолирующий слой 7, нанесенный на сердечник 5, содержит участки 701-708, среди которых 701 является участком изоляции, нанесенным на верхнюю сторону 5b сердечника 5, 703 является участком, нанесенным на вертикальную сторону 5с сердечника 5, 705 является участком, нанесенным на горизонтальную сторону 5d сердечника 5, а 707 является участком, нанесенным на вертикальную сторону 5а сердечника 5, в то время как 708 и 702 являются участками сплошной изоляции, формирующими верхние углы вокруг сердечника 5, а 704 и 706 являются участками, формирующими нижние углы вокруг сердечника 5.

Сердечник 5 обычно имеет горизонтальный диаметр в интервале от 0,5 м до 4,0 м, предпочтительно в интервале между 1,5 и 3,0 м, и высоту в интервале от 10 мм до 100 мм. На чертеже для облегчения понимания толщина слоя 7 и высота сердечника 5 показаны преувеличенными по сравнению с диаметром сердечника.

Сплошная изоляция 7 наносится на внешний слой 6 сердечника 5 неравномерно таким образом, чтобы слой 7 непрерывной сплошной изоляции содержал объединенные участки 701-708 сплошной изоляции, из которых по меньшей мере некоторые имеют изменяющуюся толщину, и тем самым адаптировался к конкретным механическим, тепловым и электрическим требованиям защитного экрана 4.

Электрические требования оптимизируются путем увеличения количества сплошной изоляции на углах 708, 702, обращенных от обмотки 1. Предпочтительно толщина по меньшей мере в два раза превышает наибольшую толщину изолирующих участков 701, 705. При этом размере достигается большее падение напряжения в сплошной изоляции, которая имеет более высокую диэлектрическую устойчивость, чем масло.

Предпочтительно на внутреннюю часть 5а наносится более толстый слой 707 сплошной изоляции, чем на внешний участок 703 изоляции. Таким образом, в проходе 8 создается меньший объем масла между защитным экраном и перегородкой 2а из прессованного картона, посредством чего достигается более высокая электрическая устойчивость. С точки зрения теплоты также достигаются достаточные характеристики путем обеспечения достаточно большого зазора масла до первой перегородки 2а снаружи обмотки для предоставления охлаждающему обмотку маслу беспрепятственного протекания через проход 8.

С другой стороны, основываясь на механическом аспекте, наносится достаточно малое количество сплошной изоляции в вертикальном направлении на верхней части 5b, образующей участок 701 сплошной изоляции защитного экрана, обращенной к ярму (не показано), кроме того, достаточно малое количество сплошной изоляции также наносится в вертикальном направлении нижней части 5d защитного экрана, обращенной к обмотке 1, образующей участок 705 сплошной изоляции. Таким образом, возможно максимизировать передаваемое усилие на обмотку без потери давления при сжимании большого количества мягкой сплошной изоляции.

Обычно наибольшая толщина изолирующих участков, образующих верхние углы 708, 702, находится в интервале 10-30 мм, предпочтительно в интервале 15-20 мм, а изолирующие участки, образующие верхний и нижний горизонтальные изолирующие участки 701, 705 находятся в интервале 3-8 мм, предпочтительно в интервале 4-6 мм.

Сердечник 5 предпочтительно изготовлен из электрокартона. Сплошная изоляция 7 выполнена из материала, который может пропитываться трансформаторным маслом. Примерами таких материалов являются бумага, прессованный картон, изоляция Nomex. Средства для изолирования высоковольтного трансформатора разрабатываются для постоянных/переменных напряжений свыше 500 кВ, предпочтительно 800 кВ, и вплоть до 1200 кВ.

Настоящее изобретение также относится к способу изготовления защитного экрана для использования в высоковольтных трансформаторах.

Нанесение неодинаковых количеств сплошной изоляции требует нескольких шагов при изготовлении защитного экрана, когда разные количества изолирующего материала наносятся на нескольких шагах.

Способ содержит следующие шаги: изготовление сердечника 5, предпочтительно из электрокартона; нанесение проводящего слоя 6 снаружи сердечника 5; нанесение сплошного изолирующего материала, такого как бумага, прессованный картон, изоляция Nomex, на проводящий слой 6 за несколько раздельных операций для формирования непрерывного сплошного изолирующего слоя 7.

Поскольку сплошной изолирующий слой 7 содержит сплошные изолирующие участки 701-708 разной толщины изоляции, количество изолирующего материала, наносимого при каждой операции, и число операций адаптируются к толщине участков сплошной изоляции, так что на участки, имеющие более толстый изоляционный слой, наносится больше изолирующего материала по сравнению с участками, имеющими более тонкий изолирующий слой.

Выше были описаны предпочтительные варианты осуществления конструкции высоковольтного защитного экрана и высоковольтного трансформатора. Специалисту в данной области техники будет понятно, что они могут изменяться в рамках сопутствующей формулы изобретения. Хотя идея изобретения основана на использовании защитного экрана в высоковольтном трансформаторе, следует понимать, что защитный экран также может использоваться в высоковольтном реакторе.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высоковольтных трансформаторах. Технический результат состоит в понижении электростатического напряжения в критических областях снаружи защитного экрана, повышении механической прочности и тепловых характеристик. Высоковольтный трансформатор содержит сердечник, ярма и обмотки, расположенные в корпусе. Они погружены в трансформаторное масло и снабжены изолирующей структурой, содержащей средства для изолирования конца (1) высоковольтной обмотки. Изолирующие средства содержат защитный экран (4), размещенный над концом (1) обмотки, и структуру (2) из прессованного картона, выполненную в виде зигзагообразной структуры, размещенную вокруг конца (1) обмотки и указанного защитного экрана (4), который содержит сердечник (5), покрытый проводящим слоем (6) и непрерывным сплошным изолирующим слоем (7) снаружи проводящего слоя. Изолирующий слой (7) содержит соединенные сплошные изолирующие участки (701-708), по меньшей мере часть которых имеет различную толщину. Изобретение также относится к защитному экрану и способу изготовления такого экрана. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Высоковольтный трансформатор, содержащий корпус трансформатора; внутренние элементы, такие как сердечник трансформатора, ярма и обмотки, расположенные в корпусе трансформатора, при этом внутренние элементы погружены в трансформаторное масло, причем внутренние элементы снабжены изолирующей структурой, содержащей изолирующие средства для изоляции конца (1) высоковольтной обмотки, при этом указанные изолирующие средства содержат защитный экран (4), размещенный над концом (1) обмотки, и структуру (2) из прессованного картона, выполненную в виде зигзагообразной структуры, размещенную вокруг конца (1) обмотки и защитного экрана (4), причем защитный экран (4) содержит сердечник (5), покрытый проводящим слоем (6), потенциально соединенным с концом обмотки, и непрерывным сплошным изолирующим слоем (7) снаружи проводящего слоя, отличающийся тем, что непрерывный сплошной изолирующий слой (7) содержит соединенные сплошные изолирующие участки (701-708), среди которых по меньшей мере часть имеет различную толщину, при этом внутренний изолирующий участок (707), обращенный к сердечнику трансформатора, имеет большую толщину, чем внешний изолирующий участок (703).

2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что изолирующие участки, формирующие верхние углы (708, 702), имеют наибольшую толщину, которая по меньшей мере в два раза превышает наибольшую толщину изолирующих участков, формирующих верхний и нижний горизонтальные изолирующие участки (701, 702).

3. Трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что сердечник (5) имеет горизонтальный диаметр в интервале 0,5 - 4 м, предпочтительно в интервале 1,5 - 3 м, и высоту в интервале 10 - 100 мм.

4. Трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что наибольшая толщина изолирующих участков, формирующих верхние углы (708, 702), находится в интервале 10 - 30 мм, предпочтительно в интервале 15 - 20 мм, а изолирующие участки, формирующие верхний и нижний горизонтальные изолирующие участки (701, 705), находятся в интервале 3 - 8 мм, предпочтительно в интервале 4 - 6 мм.

5. Трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что сердечник (5) изготовлен из электрокартона, а сплошной изолирующий слой (7) изготовлен из материала, пропитанного трансформаторным маслом, такого как бумага, прессованный картон, изоляция Nomex.

6. Трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что изолирующие средства для изоляции конца высоковольтной обмотки выполнены с расчетом на переменные/постоянные напряжения свыше 500 кВ, предпочтительно 800 кВ, и до 1200 кВ.

7. Защитный экран для использования в силовых трансформаторах и реакторах, погруженный в трансформаторное масло, содержащий сердечник (5), покрытый проводящим внешним слоем (6) и непрерывным внешним сплошным изолирующим слоем (7) снаружи проводящего слоя (6), отличающийся тем, что количество сплошной изоляции в любом направлении адаптировано к конкретным требованиям, в частности, чтобы ограничить электростатическое напряжение в масле снаружи верхних углов защитного экрана, использовано большое количество сплошной изоляции, а в местах, где высоки требования к высокой механической прочности, именно, на верхней и нижней сторонах защитного экрана, использовано малое количество сплошной изоляции, при этом внутренний изолирующий участок (707), обращенный к сердечнику трансформатора, имеет большую толщину, чем внешний изолирующий участок (703).

8. Способ изготовления защитного экрана для использования в высоковольтном трансформаторе, охарактеризованном в одном из пп.1-6, и реакторах, причем защитный экран имеет сердечник (5), покрытый проводящим слоем (6) и непрерывным изолирующим слоем (7), расположенным снаружи проводящего слоя (6), содержащий следующие шаги: изготовление сердечника (5); нанесение проводящего слоя (6) снаружи сердечника (5); нанесение сплошного изолирующего материала на проводящий слой (6) за несколько раздельных операций для формирования непрерывного сплошного изолирующего слоя (7), причем количество изолирующего материала, наносимого при каждой операции, и число операций адаптированы к толщине каждого из сплошных изолирующих участков (701-708), при этом внутренний изолирующий участок (707), обращенный к сердечнику трансформатора, имеет большую толщину, чем внешний изолирующий участок (703).