ТРАНСФОРМАТОР ТОКА Российский патент 2018 года по МПК H01F38/30 

Область техники

Настоящее изобретение в целом относится к устройствам для измерения электрических параметров, в частности относится к трансформаторам тока.

Уровень техники

Трансформаторы тока (CTs) используются в электроэнергетических системах, например на электроподстанциях, для измерения тока в проводнике, таком как высоковольтный провод. Таким образом, трансформаторы тока могут содержать провод первичной обмотки, который электрически присоединен к проводу электроэнергетической системы, один или более сердечников, расположенных вокруг провода первичной обмотки, и обмотки, намотанные вокруг сердечника(ов). Когда магнитное поле индуцируется в сердечнике(ах) за счет тока, протекающего через провод первичной обмотки, ток с амплитудой, которая прямо пропорциональна току в первичной обмотке, индуцируется в обмотке, индуцированный ток обладает амплитудой, которая зависит от числа витков обмоток. Таким образом, можно измерить ток, протекающий через обмотки, который обычно значительно ниже, чем ток, протекающий через провод первичной обмотки. Зная число витков обмоток, можно определить ток, протекающий через провод первичной обмотки, и, таким образом, через провод электроэнергетической системы.

Трансформаторы тока для применения в электроэнергетических системах обычно содержат втулку, в которую вставляется провод электроэнергетической системы, для которого выполняется измерение тока. Трансформаторы тока обычно содержат также бак, в котором заключены сердечники. Для высоковольтных применений и применений с очень высоким напряжением и втулка, и бак заполнены изолирующей жидкостью, например маслом. Сухие трансформаторы тока аналогичны по конструкции трансформаторам тока, заполненным изолирующей жидкостью, но отличаются тем, что ни втулка, ни бак не содержат изолирующей жидкости. Втулка и бак сухих трансформаторов тока обычно могут содержать такой газ, как SF_6. Пример трансформаторов тока сухого типа предложен в документе CN 102938309.

Сущность изобретения

Трансформаторы тока, содержащие изолирующую жидкость, подходят для применений с очень высоким напряжением, но большое количество изолирующей жидкости может оказаться недостатком в случае аварии, при производстве и транспортировке, когда масса жидкости, например масла, увеличивает общую массу трансформаторов тока. С другой стороны, сухие трансформаторы тока, которые легче, чем заполненные маслом трансформаторы тока, не подходят для применений с очень высоким напряжением.

С точки зрения указанного выше, целью настоящего изобретения является обеспечение трансформаторов тока, которые позволяют устранить или по меньшей мере уменьшить проблемы предшествующего уровня техники.

Следовательно, предлагаются трансформаторы тока, содержащие втулку, провод первичной обмотки, проходящий внутри втулки, причем провод первичной обмотки электрически изолирован посредством изоляции провода первичной обмотки, и при этом провод первичной обмотки содержит петлевой участок, который расположен вне обмотки, трубку, расположенную вокруг провода первичной обмотки вдоль петлевого участка, электроизолирующий материал, расположенный в трубке, причем электроизолирующий материал расположен вокруг изоляции провода первичной обмотки на петлевом участке, сердечник, расположенный вокруг трубки, и вторичную обмотку, намотанную вокруг сердечника.

Посредством использования трубки, которая содержит электроизолирующий материал, бак, содержащий сердечник, и изолирующая текучая среда в баке в случае высоковольтного применения могут быть исключены, и таким образом снижается количество изолирующего материала по сравнению с заполненными текучей средой баками, хотя может быть достигнута соответствующая электроизоляция для высоковольтных применений и даже применений с очень высоким напряжением. Кроме того, замена сердечника упрощается, как и добавление сердечника, поскольку петлевой участок легкодоступен без опорожнения масла для обеспечения доступа.

По одному варианту осуществления электроизолирующий материал содержит диэлектрическую жидкость. За счет обеспечения диэлектрической жидкости в трубке при меньшем объеме диэлектрической жидкости может быть достигнута жидкостная электрическая изоляция, аналогичная изоляции, обеспечиваемой заполненными диэлектрической жидкостью баками предшествующего уровня техники. Кроме того, поскольку сердечник и обмотки расположены снаружи относительно трубки и, таким образом, вне диэлектрической жидкости, не требуется уплотнения для обмоток при их подведении к измерительному оборудованию. В противоположность этому, в предыдущих решениях, в которых сердечник(и) и обмотки погружены в диэлектрическую жидкость, требовалась дополнительная уплотнительная система для вывода обмоток из бака.

По одному варианту осуществления диэлектрическая жидкость, содержащаяся в трубке, представляет собой масло. Примером пригодного масла является трансформаторное масло.

По одному варианту осуществления электроизолирующий материал содержит кварцевый заполнитель. Кварц обладает высокими электроизолирующими свойствами, и, если электроизолирующий материал также содержит диэлектрическую жидкость, кварцевый заполнитель минимизирует количество диэлектрической жидкости. Кроме того, он обеспечивает механическую поддержку провода первичной обмотки при транспортировке и в случае короткого замыкания.

По одному варианту осуществления провод первичной обмотки является полым и обладает внутренним каналом вдоль всего провода первичной обмотки, и трансформаторы тока содержат диэлектрическую жидкость во внутреннем канале, предназначенную для циркуляции в проводе первичной обмотки. Таким образом, может быть достигнуто охлаждение первичной обмотки.

По одному варианту осуществления изоляция провода первичной обмотки содержит бумагу и фольгу.

Один вариант осуществления содержит рамный узел, причем петлевой участок расположен внутри рамного узла, а рамный узел образует открытый кожух петлевого участка. За счет обеспечения петлевого участка в открытом рамной узле /кожухе доступ к петлевому участку и сердечнику может осуществляться простым способом без открывания бака. Таким образом, облегчается замена сердечника и/или монтаж дополнительных сердечников для мониторинга и диагностики.

По одному варианту осуществления трубка присоединена к рамному узлу.

По одному варианту осуществления трубка является достаточно гибкой, чтобы обеспечивать надевание трубки на петлевой участок провода первичной обмотки.

По одному варианту осуществления трубка изготовлена из нержавеющей стали.

По одному варианту осуществления втулка заполнена диэлектрической текучей средой.

По одному варианту осуществления диэлектрическая текучая среда представляет собой масло.

По одному варианту осуществления изолирующая трубка заполнена воздухом.

По одному варианту осуществления трансформаторы тока представляют собой высоковольтные трансформаторы тока.

В основном все термины, используемые в формуле изобретения, должны интерпретироваться в соответствии с их обычным значением в данной области техники, если в настоящем документе явно не определено иного. Все ссылки на "элемент, устройство, компонент, средство и т.д." следует интерпретировать как относящиеся по меньшей мере к одному примеру элемента, устройства, компонента, средства и т.д., если явно не выражено иного.

Краткое описание чертежей

Далее в качестве примера будут описаны конкретные варианты осуществления концепции настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

на фиг. 1 схематично показан вид сбоку примера трансформатора тока;

на фиг. 2 показан вид сбоку трансформатора тока по фиг. 1 с удаленной втулкой, чтобы показать провод первичной обмотки; и

на фиг. 3 показан вид в разрезе участка петлевой части трансформатора тока по фиг. 1.

Подробное описание

Далее в настоящем документе концепция настоящего изобретения будет описана более полно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показаны примеры вариантов осуществления. Однако концепция настоящего изобретения может быть осуществлена в различных формах и ее не следует рассматривать как ограниченную изложенными в настоящем документе вариантами осуществления; напротив, эти варианты осуществления предусмотрены в качестве примера, так что это описание будет детальным и полным и будет полностью отражать сущность концепции настоящего изобретения для специалистов в этой области. Аналогичные номера относятся к аналогичным элементам по всему описанию.

На фиг. 1 показан пример трансформатора 1 тока, который содержит верхнюю часть 3 с первым выводом 3a и вторым выводом 3b, которые предназначены для присоединения к проводу электроэнергетической системы, например, на электроподстанции. Трансформатор 1 тока дополнительно содержит втулку 5 в сборе с верхней частью 3 на одном конце втулки 5 и измерительный узел 7, расположенный снаружи от втулки 5, на другом конце втулки 5. Измерительный узел 7 содержит один или более датчиков для измерения тока, как пояснено подробно далее.

На фиг. 2 показан трансформатор 1 тока с удаленными втулкой и верхней частью 3, чтобы показать внутреннюю часть трансформатора 1 тока. Трансформатор 1 тока содержит провод 9 первичной обмотки, который проходит через втулку 5 и который электрически соединен с первым выводом 3a и вторым выводом 3b верхней части 3. Это соединение не показано на фиг. 2. Тем самым, трансформатор 1 тока может быть соединен последовательно с проводом в электроэнергетической системе, причем ток от провода в электроэнергетической системе может протекать через провод 9 первичной обмотки для обеспечения измерений тока посредством трансформатора 1 тока.

Провод 9 первичной обмотки дополнительно содержит петлевой участок 11 вне втулки 5. Петлевой участок 11 образован в виде участка, который продолжается вне втулки 5. Петлевой участок 11 изогнут, чтобы провод 9 первичной обмотки мог быть выведен назад в втулку 5. Таким образом, провод 9 первичной обмотки содержит два по существу параллельных участка 9a и 9b, продолжающихся внутри втулки 5, и петлевой участок 11, который предусматривает поворот по существу на 180° провода 9 первичной обмотки и связывает или соединяет два по существу параллельных участка 9a и 9b.

Трансформатор 1 тока содержит изоляцию 9c провода первичной обмотки, которая обеспечивает электрическую изоляцию провода 9 первичной обмотки. Изоляция 9c провода первичной обмотки может содержать, например, бумагу и фольгу, например, алюминиевую фольгу, которая намотана вокруг провода 9 первичной обмотки. По одному варианту вся длина провода 9 первичной обмотки, т.е., два по существу параллельных участка 9a и 9b, а также петлевой участок 11, электрически изолированы посредством изоляции 9c провода первичной обмотки.

Трансформатор 1 тока дополнительно содержит трубку 15, которая расположена вокруг петлевого участка 11 и, таким образом, изоляции 9c провода первичной обмотки, которая покрывает провод 9 первичной обмотки на петлевом участке 11. Трубка 15 может содержать одиночную гибкую трубку, которая надета вокруг петлевого участка 11. В альтернативном варианте трубка 15 может содержать несколько частей гибких трубок, которые могут быть надеты вокруг петлевого участка 11, или которые могут быть собраны половинками с двух сторон петлевого участка 11, и которые могут быть соединены вместе, например, посредством сварки. Предусмотрев трубку, состоящую из нескольких частей гибких трубок, можно облегчить сборку трубки 15 на петлевом участке 11. В целом трубка изготовлена из материала, который является достаточно гибким, чтобы обеспечивать надевание трубки 15 на петлевой участок 11 провода 9 первичной обмотки. Трубка 15 может быть изготовлена, например, из металла, такого как нержавеющая сталь, или любого другого материала, который обладает высокой механической прочностью и необязательно должен быть магнитным материалом или электропроводящим материалом; она может быть изготовлена, например, из электроизоляционного материала, например, пластмассы. Однако предпочтительно трубка 15 должна быть изготовлена из электропроводящего материал, такого как металл. Такие трубки легкодоступны, и гибкость зависит, например, от толщины трубки и конкретного материала, из которого изготовлена трубка. В продаже имеются подходящие гибкие трубки, изготовленные из металла, такого как нержавеющая сталь.

Трубка 15 обладает таким размером, чтобы она была расположена на некотором расстоянии от изоляции 9c провода первичной обмотки, чтобы между ними было сформировано пространство. Таким образом, электроизолирующий материал 21, как показано на фиг. 3, может быть расположен в трубке 15 вокруг изоляции 9c провода первичной обмотки на петлевом участке 11. Следовательно, трансформатор 1 тока содержит электроизолирующий материал 21, расположенный в трубке 15 между внутренней поверхностью трубки 15 и изоляцией 9c провода первичной обмотки. Электроизолирующий материал 21 может содержать, например, диэлектрическую жидкость, такую как масло, и/или кварцевый заполнитель.

Трансформатор 1 тока дополнительно может содержать один или более сердечников 17, расположенных вокруг трубки 15, и обмоток 19, намотанных вокруг сердечника(ов) 17. Каждый сердечник 17 образует магнитную цепь и сконструирован таким образом, чтобы в сердечнике 17 генерировался магнитный поток, когда ток протекает через петлевой участок 11 провода 9 первичной обмотки. Тем самым, ток индуцируется в обмотках 19, которые присоединяются к измерительному оборудованию для определения тока, протекающего через обмотки 19 и, таким образом, тока, протекающего через провод 9 первичной обмотки. Поскольку ток, протекающий через провод первичной обмотки, представляет собой ток, протекающий через конкретный проводник, на котором выполняются интересующие измерения тока, можно определить ток через этот проводник.

Каждый сердечник 17 может быть изготовлен из полосок магнитного материала, намотанных в виде нескольких слоев в радиальном направлении, или в альтернативном варианте посредством нескольких слоистых листов, причем лист расположен в осевом направлении. Осевое направление определяется продольной протяженностью провода первичной обмотки, вокруг которой расположен сердечник(и).

Трубка 15, сердечник(и) 17, обмотки 19 и петлевой участок 11 образуют измерительный узел 7, который, таким образом, обеспечивает измерение тока проводника в сети высокого напряжения.

Трансформатор 1 тока по одному варианту осуществления может содержать рамный узел 13, включающий объединительный блок 13a с фланцевым соединением, к которому может быть присоединена трубка 15. В частности, оба открытых конца трубки 15 могут быть присоединены к объединительному блоку 13a с фланцевым соединением. Трубка 15 может быть присоединена, например, к объединительному блоку 13a с фланцевым соединением посредством конусной муфты на каждом конце трубки 15. Соединение между трубкой 15 и объединительным блоком 13a с фланцевым соединением может быть уплотнено посредством одного или более уплотнений, чтобы трубка 15 могла образовывать замкнутую систему для электроизолирующего материала 21. Объединительный блок 13a с фланцевым соединением снабжен отверстием, через которое провод 9 первичной обмотки, т.е. части 9a и 9b, выводятся из/в втулку 5. Втулка 5 по этому варианту осуществления может быть смонтирована на объединительном блоке 13a с фланцевым соединением. В собранном состоянии петлевой участок 11 расположен снаружи от втулки 5, не соприкасающейся с объединительным блоком 13a с фланцевым соединением. При монтаже трансформатора 1 тока объединительный блок 13a с фланцевым соединением заземляется.

Рамный узел 13 по одному варианту дополнительно содержит раму 13b. Рама 13b может образовывать открытое покрытие измерительного узла 7. Таким образом, рама 13b может функционировать как открытый корпус, оставляя трубку 15 видимой и доступной снаружи, в противоположность решениям с баком предшествующего уровня техники, которые закрыты. Рама 13b обеспечивает прямой доступ к измерительному узлу 7. Объединительный блок 13a с фланцевым соединением может представлять собой отдельную деталь, которая может быть собрана вместе с рамой 13b или, в альтернативном варианте, может быть объединен с рамой 13b в одно целое. В качестве альтернативы раме, которая образует открытое покрытие/корпус, трансформатор тока может содержать бак со стенками, которые образуют закрытое покрытие или корпус петлевого участка.

Как показано на фиг. 3, провод 11 первичной обмотки может быть полым, предпочтительно вдоль всей длины, так что формируется внутренний канал 9d по всей длине провода 11 первичной обмотки. Трансформатор 1 тока может содержать диэлектрическую жидкость 23, расположенную во внутреннем канале 9d. Диэлектрическая жидкость 23, таким образом, может циркулировать в проводе 9 первичной обмотки, включая петлевой участок 11, обеспечивая, таким образом, охлаждение провода 9 первичной обмотки.

Втулка 5 по одному варианту заполнена диэлектрической текучей средой, такой как масло или газ, например, SF₆, и необязательно также кварцевым заполнителем. Втулка 5 в альтернативном варианте может содержать воздух, т.е. быть заполнена воздухом. В случае, когда трансформатор 1 тока заполнен диэлектрическим газом или воздухом, трансформатор 1 тока представляет собой по существу сухой трансформатор тока, но с дополнительной электрической изоляцией на петлевом участке 11.

Трансформаторы тока, описанные в настоящем документе, предпочтительно могут быть использованы для измерений тока, например, в сети передачи электроэнергии или распределительной сети, например на электроподстанции. Трансформаторы тока могут быть использованы для применений с низким напряжением, средним напряжением, высоким напряжением и очень высоким напряжением, например до 1100 кВ.

Концепция настоящего изобретения описана в основном выше со ссылкой на несколько примеров. Однако, как очевидно для специалистов в этой области, другие варианты осуществления, чем указанные выше, в равной степени возможны в рамках объема охраны настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении надежности. Трансформатор (1) тока содержит втулку (5), провод первичной обмотки, продолжающийся внутри втулки (5), который электрически изолирован посредством изоляции провода первичной обмотки. Провод первичной обмотки содержит петлевой участок (11), который расположен вне втулки (5), трубку (15), расположенную вокруг провода первичной обмотки вдоль петлевого участка (11), электроизолирующий материал, расположенный в трубке (15). Электроизолирующий материал (21) расположен вокруг изоляции провода первичной обмотки на петлевом участке (11). Сердечник (17) расположен вокруг трубки (15). Вторичная обмотка (19) намотана вокруг сердечника (17). 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Трансформатор (1) тока, содержащий:

втулку (5),

провод (9) первичной обмотки, проходящий внутри втулки (5), причем провод (9) первичной обмотки электрически изолирован посредством изоляции (9c) провода первичной обмотки и провод (9) первичной обмотки содержит петлевой участок (11), который расположен вне втулки (5),

трубку (15), расположенную вокруг провода (9) первичной обмотки вдоль петлевого участка (11),

электроизолирующий материал (21), расположенный в трубке (15), причем электроизолирующий материал (21) расположен вокруг изоляции (9c) провода первичной обмотки на петлевом участке (11),

сердечник (17), расположенный вокруг трубки (15), и

вторичную обмотку (19), намотанную вокруг сердечника (17).

2. Трансформатор (1) тока по п. 1, в котором электроизолирующий материал (21) содержит диэлектрическую жидкость.

3. Трансформатор (1) тока по п. 2, в котором диэлектрическая жидкость, заключенная в трубке (15), представляет собой масло.

4. Трансформатор (1) тока по любому из пп. 1-3, в котором электроизолирующий материал (21) содержит кварцевый заполнитель.

5. Трансформатор (1) тока по любому из предшествующих пунктов, в котором провод (9) первичной обмотки является полым и обладает внутренним каналом (9d) вдоль всего провода (9) первичной обмотки, причем трансформатор (1) тока содержит диэлектрическую жидкость (23) во внутреннем канале (9d), предназначенную для циркуляции в проводе (9) первичной обмотки.

6. Трансформатор (1) тока по п. 5, в котором изоляция (9c) провода первичной обмотки содержит бумагу и фольгу.

7. Трансформатор (1) тока по любому из предшествующих пунктов, содержащий рамный узел (13), в котором петлевой участок (11) расположен внутри рамного узла (13).

8. Трансформатор (1) тока по п. 7, в котором рамный узел (13) образует открытый кожух для петлевого участка (11).

9. Трансформатор (1) тока по п. 7, в котором трубка (15) присоединена к рамному узлу (13).

10. Трансформатор (1) тока по любому из предшествующих пунктов, в котором трубка (15) является достаточно гибкой, чтобы можно было надеть трубку (15) на петлевой участок (11) провода (9) первичной обмотки.

11. Трансформатор (1) тока по п. 9 или 10, в котором трубка (15) изготовлена из нержавеющей стали.

12. Трансформатор (1) тока по любому из предшествующих пунктов, в котором втулка (5) заполнена диэлектрической текучей средой.

13. Трансформатор (1) тока по п. 12, в котором диэлектрической текучей средой является масло.

14. Трансформатор (1) тока по любому из пп. 1-11, в котором втулка (5) заполнена воздухом.

15. Трансформатор (1) тока по любому из предшествующих пунктов, причем трансформатор (1) тока является высоковольтным трансформатором тока.