ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК H01F30/10 H01F38/20 H01F27/28 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трансформаторах напряжения внутренней и наружной установки, служащих для учета расхода электроэнергии, измерения напряжения и для обеспечения работы устройств релейной защиты, автоматики и сигнализации.

В настоящее время известны трансформаторы напряжения с двумя обмотками низкого напряжения, а именно с обмоткой «C» для одновременного учета расхода электроэнергии и измерения напряжения и с обмоткой «Т» для обеспечения работы устройств релейной защиты, автоматики и сигнализации (Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения, под редакцией В.В. Афанасьева, - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1987 г., стр.381-413, 470) - [1]. В состав активной части трансформатора напряжения входят: магнитопровод, первичная обмотка высокого напряжения (ВН) и две вторичные обмотки низкого напряжения «C» и «T».

Однако известные трансформаторы напряжения [1] с двумя вторичными обмотками не могут быть использованы в тех случаях, когда клеммы обмотки для учета расхода электроэнергии «C» должны быть закрыты и опечатаны для предотвращения несанкционированного доступа к ним. При этом получается, что доступ к обмотке «C» с целью измерения напряжения тоже отсутствует.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению и выбранным в качестве прототипа является трансформатор напряжения (CO 153-34.20.122-2006 «Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ», пункт 9.1.7., утвержден ОАО «ФСК ЕЭС» от 16.06.2006 приказом №187) - [2], в состав которого, помимо стандартных магнитопроводов, первичной обмотки высокого напряжения ВН, вторичной обмотки низкого напряжения для измерения напряжения и вторичной обмотки низкого напряжения для обеспечения работы релейной защиты, автоматики и сигнализации «T», входит вторичная обмотка низкого напряжения для учета расхода электроэнергии. Причем вторичную обмотку низкого напряжения для учета расхода электроэнергии принято обозначать «C₁», а вторичную обмотку низкого напряжения для измерения напряжения обозначают «C₂».

Однако в известной конструкции активной части трансформатора напряжения [2] обмотка для измерения напряжения «C₂» не может обеспечить такую же точность измерений, как точность обмотки учета расхода электроэнергии «Q» при одинаковых максимальных мощностях их нагрузок, так как обмотка для измерения напряжения «C₂» расположена между обмоткой учета расхода электроэнергии «C₁» и обмоткой для обеспечения работы релейной защиты, автоматики и сигнализации «T» и удалена от обмотки высокого напряжения BH на большее расстояние, чем обмотка учета расхода электроэнергии «C₁».

Это приводит к увеличению значения реактивной составляющей сопротивления короткого замыкания обмоток BH и «C₂» по сравнению с реактивной составляющей сопротивления короткого замыкания обмоток BH и «C₁», то есть к увеличению абсолютного значения погрешности в показаниях напряжения обмотки «C₁».

Задачей предлагаемого технического решения является создание надежной и простой конструкции обмоток трансформатора напряжения, которая позволит устранить возможность возникновения разницы между значениями реактивных составляющих сопротивлений короткого замыкания в обмотках BH - «C₂» и в обмотках BH - «C₁», получить обмотки учета расхода электроэнергии «C₁» и для измерения напряжения «C₂» одинаковой мощности при одинаковом классе точности обмоток «C₁» и «C₂».

Техническим эффектом от использования предлагаемой конструкции обмоток трансформатора напряжения является:

- создание универсальной конструкции трансформатора напряжения с возможностью использования одного типа трансформатора в схемах, где учет расхода электроэнергии и измерение напряжения производят от различных обмоток «C₁» и «C₂» трансформатора напряжения, и где учет расхода электроэнергии и измерение напряжения производят от одной обмотки «C» без потерь в точности показаний.

Решение поставленной задачи и соответствующий технический результат достигаются тем, что в предлагаемом однофазном трансформаторе напряжения, содержащем магнитопровод, на изоляционном цилиндре которого размещена обмотка низкого напряжения релейной защиты, автоматики и сигнализации, поверх которой коаксиально на изоляционном цилиндре размещены обмотки низкого напряжения учета расхода электроэнергии и измерения напряжения, поверх которых на изоляционном цилиндре размещена обмотка высокого напряжения, причем обмотки низкого напряжения учета расхода электроэнергии и измерения напряжения выполнены в виде совместной обмотки с, по меньшей мере, одним слоем, в котором витки из, по крайней мере, одного провода обмотки учета расхода электроэнергии чередуются с витками из, по крайней мере, одного провода обмотки измерения напряжения, при этом обе обмотки в каждом слое имеют одинаковое число витков, которые выполнены одной высоты, кроме того, слои обмоток низкого напряжения, учета расхода электроэнергии и измерения напряжения разделены изоляционными цилиндрами, при этом концы проводов обеих обмоток выполнены с возможностью объединения проводов в начале и в конце каждой из обмоток.

Выполнение в однофазном трансформаторе напряжения низковольтных обмоток для учета расхода электроэнергии и измерения напряжения (C₁ и C₂) в виде слоевой совместной обмотки с одинаковым числом витков той и другой обмотки, одинаковой высотой витков, намотанных одним или несколькими параллельными проводами каждая, и размещение их одинаково относительно обмотки высокого напряжения (BH) обеспечивает постоянство значения реактивной составляющей сопротивления короткого замыкания между обмоткой BH и каждой из них (C₁ и C₂), а также - между обмоткой BH и обмоткой С в случае одновременного учета расхода электроэнергии и измерения напряжения при соединении параллельно концов проводов обмоток C₁ и C₂ в клеммной коробке трансформатора напряжения.

Сопоставление предлагаемого однофазного трансформатора напряжения с уровнем техники и отсутствие описания аналогичного технического решения в известных источниках информации позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию «новизна».

Заявленное устройство характеризуется совокупностью признаков, проявляющих новые качества, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «изобретательский уровень».

На чертеже схематически изображена активная часть предлагаемого однофазного трансформатора напряжения с обмотками низкого напряжения учета расхода электроэнергии, измерения напряжения и обеспечения работы устройств релейной защиты, автоматики и сигнализации.

Предлагаемый на чертеже однофазный трансформатор напряжения содержит: магнитопровод - 1; изоляционный цилиндр - 2, размещенный на магнитопроводе 1; обмотку низкого напряжения релейной защиты, автоматики и сигнализации (T) - 3, размещенную на изоляционном цилиндре 2; изоляционный цилиндр - 4, размещенный на обмотке низкого напряжения релейной защиты, автоматики и сигнализации (T) 3; обмотку учета расхода электроэнергии (C₁) - 5; обмотку измерения напряжения (C₂) - 6; изоляционный цилиндр - 7, который размещен на состоящем из витков обмоток учета расхода электроэнергии (C₁) 5 и измерения напряжения (C₂) 6 наружном слое низкого напряжения; обмотку высокого напряжения (BH) - 8, выполненную на изоляционном цилиндре 7.

Если обмотки учета расхода электроэнергии (C₁) 5 и измерения напряжения (C₂) 6 имеют несколько совместных слоев, то эти слои отделены друг от друга изоляционными цилиндрами - 9.

Концы проводов в начале и в конце обмотки учета расхода электроэнергии (C₁) 5 обозначены a₁ и x₁ соответственно, а концы проводов в начале и в конце обмотки измерения напряжения (C₂) 6 обозначены a₂ и x₂ соответственно. Концы проводов в начале и в конце обмотки низкого напряжения релейной защиты, автоматики и сигнализации (T) 3 обозначены a_д и x_д соответственно.

Токоввод обмотки высокого напряжения (BH) 8 обозначен как - A, а низковольтный вывод обмотки BH 8 обозначен как - X.

Предлагаемый на чертеже однофазный трансформатор напряжения работает следующим образом.

Приложенное к обмотке ВН 8 первичное высокое напряжение наводит в обмотке низкого напряжения релейной защиты, автоматики и сигнализации (T) 3, обмотке низкого напряжения учета расхода электроэнергии (C₁) 5 и обмотке низкого напряжения измерения напряжения (C₂) 6 напряжение, пропорциональное первичному напряжению, приложенному к обмотке BH 9. Однако из-за погрешностей, вызванных потерями мощности в магитопроводе 1 и в обмотках низкого напряжения 3, 5 и 6, вектор вторичного напряжения в обмотках 3, 5 и 6, повернутый на 180° электрических градусов и приведенный к первичному напряжению, не совпадает по модулю и фазе с вектором первичного напряжения, то есть $${\overline{U}}_1\ne {\overline{U}}_2\cdot {К}_{ном}$$ , где $${\overline{U}}_1$$ - первичное напряжение обмотки высокого напряжения 8; $${\overline{U}}_2$$ - вторичное напряжение обмоток низкого напряжения 3, 5 и 6; К_ном - номинальный коэффициент трансформации, равный $$\frac{W_{BH}}{W_{C_1}}$$ для обмотки (С₁) 5, или $$\frac{W_{BH}}{W_{C_2}}$$ для обмотки (C₂) 6, или $$\frac{W_{BH}}{W_{C_T}}$$ для обмотки (Т) 3 (W - число витков в обмотке).

Минимальная погрешность при определении величины высокого напряжения достигается, в первую очередь, за счет уменьшения расстояния между обмотками, уменьшения их толщины (радиального размера) и увеличения высоты обмоток, то есть за счет уменьшения величины реактивной составляющей сопротивления короткого замыкания между обмотками BH 8 и T 3, либо между обмотками BH 8 и C₁ 5, либо между обмотками BH 8 и C₂ 6.

Для того чтобы обмотки низкого напряжения учета расхода электроэнергии (C₁) 5 и измерения напряжения (C₂) 6 при заданной мощности нагрузок на каждую из обмоток имели одинаковый высокий класс точности, они наматываются параллельными проводами на наружную цилиндрическую поверхность изоляционного цилиндра 4, отделяющего обмотку низкого напряжения релейной защиты, автоматики и сигнализации (T) 3 от обмоток низкого напряжения учета расхода электроэнергии (C₁) 5 и измерения напряжения (C₂) 6. Таким образом, обмотки (C₁) 5 и (C₂) 6 имеют одинаковую высоту, одинаковые внутренний и наружный диаметры за счет намотки их на один и тот же изоляционный цилиндр. При многослойной совместной намотке обмоток (C₁) 5 и (C₂) 6 они сохраняют указанные выше преимущества, так как намотка проводов обмоток (C₁) 5 и (C₂) 6 в каждом последующем слое проводится на поверхность отделяющего предыдущий от последующего слоя изоляционный цилиндр 9.

При этом если провода начала обмоток (C₁) 5 и (C₂) 6 соединить между собой и провода концов обмоток (C₁) 5 и (C₂) 6 соединить между собой, то вместо двух обмоток, каждая из которых имела W_C1=W_C2 витков, получается одна имеющая то же число витков и намотанная, по меньшей мере, двумя параллельными проводами обмотка, которая является единственной обмоткой (C), служащей для учета расхода электроэнергии и измерения напряжения одновременно.

Предлагаемый однофазный трансформатор напряжения может быть использован на подстанциях, где учет расхода электроэнергии и измерение напряжения производятся с помощью отдельных высокоточных обмоток (C₁) 5 и (C₂) 6 трансформатора. При параллельном соединении обмоток (C₁) 5, (C₂) 6 и получении в результате одной обмотки С из двух параллельно соединенных обмоток (C₁) 5 и (C₂) 6 учет расхода электроэнергии и измерение напряжения могут производиться с помощью одной обмотки С, обеспечивающей заданный класс точности при требуемой мощности нагрузок.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в однофазных трансформаторах напряжения внутренней и наружной установки, служащих для учета расхода электроэнергии, измерения напряжения и для обеспечения работы устройств релейной защиты, автоматики и сигнализации. Технический результат состоит в обеспечении универсальности конструкции трансформатора напряжения, позволяющей за счет размещения обмоток учета расхода электроэнергии и измерения напряжения одинаково относительно обмотки высокого напряжения (ВН) обеспечить постоянство значения реактивной составляющей сопротивления короткого замыкания между обмоткой ВН и каждой из них, а также устранить возможность возникновения разницы между этими значениями. Обмотки низкого напряжения учета расхода электроэнергии (5) и измерения напряжения (6) размещены на изоляционном цилиндре (4), выполнены в виде совместной обмотки с по меньшей мере одним слоем, в котором витки из по крайней мере одного провода обмотки учета расхода электроэнергии (5) чередуются с витками из по крайней мере одного провода обмотки измерения напряжения (6). Обе обмотки в каждом слое имеют одинаковое число витков, которые выполнены одной высоты. Слои обмоток низкого напряжения учета расхода электроэнергии (5) и измерения напряжения (6) разделены изоляционными цилиндрами (9), а концы проводов обеих обмоток выполнены с возможностью объединения проводов в начале и в конце каждой из обмоток. 1 ил.

Однофазный трансформатор напряжения, содержащий магнитопровод, на изоляционном цилиндре которого размещена обмотка низкого напряжения релейной защиты, автоматики и сигнализации, поверх которой коаксиально на изоляционном цилиндре размещены обмотки низкого напряжения учета расхода электроэнергии и измерения напряжения, поверх которых на изоляционном цилиндре размещена обмотка высокого напряжения, отличающийся тем, что обмотки низкого напряжения учета расхода электроэнергии и измерения напряжения выполнены в виде, по меньшей мере, одного слоя, в котором витки из по крайней мере одного провода обмотки учета расхода электроэнергии чередуются с витками из, по крайней мере, одного провода обмотки измерения напряжения, при этом обе обмотки в каждом слое имеют одинаковое число витков, которые выполнены одной высоты, кроме того, слои обмоток низкого напряжения учета расхода электроэнергии и измерения напряжения разделены изоляционными цилиндрами, при этом концы проводов обеих обмоток выполнены с возможностью объединения проводов в начале и в конце каждой из обмоток.