МОДУЛЬ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА ДЛЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2022 года по МПК H01F38/30 H01F27/06 H02B13/35 

Изобретение относится к модулю трансформатора тока для распределительного устройства, в частности газоизолированного распределительного устройства, которое имеет трубную капсюляцию пути тока, включающему в себя трубообразный основной элемент для образования, по меньшей мере, одного участка трубной капсюляции и, по меньшей мере, один окружающий по периметру трубообразный основной элемент кольцеобразный блок трансформатора тока.

Изобретение относится далее к соответствующему распределительному устройству с трубной капсюляцией пути тока и подобным модулем трансформатора тока.

Патентная заявка DE 10 2005 005 445 A1 показывает модуль трансформатора тока для газоизолированного распределительного устройства, которое имеет трубную капсюляцию пути тока. Модуль трансформатора тока имеет трубообразный основной элемент для образования, по меньшей мере, одного участка трубной капсюляции и несколько окружающих по периметру трубообразный основной элемент кольцевых сердечников. Патентная заявка DE 10 2015 210 135 A1 показывает сконструированный аналогичным образом модуль трансформатора тока с трубной капсюляцией. Созданные таким образом трансформаторы тока используются для случаев применения с переменным током.

Патентная заявка DE 10 2015 214 043 A1 показывает систему с трансформатором тока нулевого потока для соединения воздушной линии, при котором трансформатор тока в виде трансформатора тока нулевого потока для измерения постоянного тока при помощи технологии измерения тока нулевого потока расположен в кольцеобразном корпусе сердечника.

Задача изобретения указать меры, благодаря которым возникают новые области применения для модулей трансформатора тока для распределительных устройств с трубными капсюляциями.

Задача решается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

У соответствующего изобретению модуля трансформатора тока для распределительного устройства, в частности для газоизолированного распределительного устройства, которое включает в себя трубную капсюляцию пути тока, распределительное устройство имеет (i) имеющий два электропроводных концевых элемента трубообразный основной элемент для образования, по меньшей мере, одного участка трубной капсюляции и (ii), по меньшей мере, один кольцеобразный блок трансформатора тока, который расположен на трубообразном основном элементе и окружает при этом по периметру трубообразный основной элемент. Предусмотрено, что блок трансформатора тока или, по меньшей мере, один из блоков трансформатора тока выполнен в виде блока трансформатора тока нулевого потока для измерения тока при помощи технологии измерения тока нулевого потока. Технология измерения тока нулевого потока позволят также измерять постоянный ток. Благодаря этой мере спектр применения модуля трансформатора тока таким образом явно расширяется. В частности все блоки трансформатора тока выполнены в виде блоков трансформатора тока нулевого потока.

Датчики тока, которые работают по принципу измерения нулевого потока или Zero-Flux (англ.: AC/DC zero-flux current sensor), известны. Центральную структуру таких датчиков можно обозначать также как блок трансформатора тока нулевого потока (блок трансформатора тока Zero-Flux). Вышеупомянутая патентная заявка DE 10 2015 214 043 A1 показывает систему с блоком трансформатора тока нулевого потока, имеющим компенсационную обмотку, обмотку обнаружения и кольцеобразный корпус сердечника.

Концевые элементы трубообразного основного элемента выполнены предпочтительно в виде фланцев, при помощи которых трубообразный основной элемент может закрепляться («промежуточно прифланцовываться») между двумя другими компонентами распределительного устройства.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения трубообразный основной элемент имеет в секции изоляционный элемент, который оба концевых элемента трубообразного основного элемента электрически изолирует друг от друга внутри основного элемента. Изоляционный элемент, который, как правило, имеет форму кольца или трубы, окружен в осевом направлении с обеих сторон металлическими электропроводными компонентами основного элемента.

Принципиально возможно, что вся промежуточная часть трубообразного основного элемента между концевыми элементами образуется из изоляционного элемента, то есть этот выполненный в виде трубы изоляционный элемент распространяется в виде трубного участка основного элемента от одного до другого концевого элемента. Однако в частности предусмотрено, что расположенный между концевыми элементами трубный участок основного элемента образуется по существу из металлического отрезка трубы, причем на трубном участке выполнен проходящий по периметру изоляционный зазор внутри секции с изоляционным элементом. Изоляционный зазор образуется за пределами или в пределах изоляционного элемента предпочтительно между металлическим отрезком трубы и одним из концевых элементов. Говоря о модуле трансформатора тока или о его основном элементе, речь идет в частности о газонепроницаемой системе для использования в газоизолированном распределительном устройстве. Газонепроницаемость находится предпочтительно при этом в диапазоне до 30 бар.

Основной элемент является основой, на которой расположен, по меньшей мере, один блок трансформатора тока.

При этом предпочтительно предусмотрено, что, по меньшей мере, один блок трансформатора тока расположен на участке трубообразного основного элемента, который образуется из металлического отрезка трубы. Этот участок, как правило, может механически сильнее нагружаться, чем секция с трубообразным изоляционным элементом.

Наиболее предпочтительно предусмотрено, что изоляционный зазор имеет ширину, которая соответствует максимум 1/10 (≤ 1/10) осевой общей длины модуля трансформатора тока или его основного элемента. Для узкого изоляционного зазора требуется также лишь короткий изоляционный элемент. Остальная часть трубообразного основного элемента может быть изготовлена из более прочных материалов, в частности металла.

Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления изобретения основной элемент имеет в секции с изоляционным элементом электрод. Этот электрод может пониматься как экранирующий электрод или как электрод конденсатора.

Предпочтительно предусмотрено, что предусмотрены несколько блоков трансформатора тока, и что модуль трансформатора тока имеет одну общую соединительную коробку для этих блоков трансформатора тока. Благодаря модульной конструкции могут быть предварительно сконфигурированы возможности присоединения для блоков трансформатора тока. Соединительная коробка выполнена в частности в виде клеммной коробки.

Предпочтительно модуль трансформатора тока имеет, по меньшей мере, один электропроводный соединительный элемент, который проходит снаружи вокруг, по меньшей мере, одного блока трансформатора тока и электрически соединяет оба концевых элемента трубообразного основного элемента. Этот электропроводный соединительный элемент выполнен в частности в виде оболочки трансформатора тока, которая окружает, по меньшей мере, один блок трансформатора тока. Если ток до нескольких килоампер протекает между обоими концевыми элементами, то он протекает снаружи вокруг, по меньшей мере, одного блока трансформатора тока и может регистрироваться отдельно от тока, протекающего вдоль пути тока.

Наконец, в отношении модуля предпочтительно предусмотрено, что, по меньшей мере, один кольцеобразный блок трансформатора тока закреплен на трубообразном основном элементе, в частности на металлическом отрезке трубы и по центру относительно трубного проводника. Предпочтительно, по меньшей мере, один кольцеобразный блок трансформатора тока прочно отлит на трубообразном основном элементе. Основной элемент является по отношению к блокам трансформатора тока носителем. Дальнейший носитель не требуется.

У соответствующего изобретению распределительного устройства, в частности газоизолированного распределительного устройства, которое имеет трубную капсюляцию пути тока, предусмотрено, что оно включает в себя вышеуказанный модуль трансформатора тока. Он простым образом полностью «промежуточно прифланцовывается» между двумя дальнейшими компонентами устройства.

Далее примеры осуществления изобретения схематично изображаются на чертеже и описываются в дальнейшем более подробно. При этом на чертеже показаны:

фиг. 1 - модуль трансформатора тока в разрезе согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения на виде сбоку; и

фиг. 2 - изображение в разрезе показанного на фиг. 1 модуля трансформатора тока.

Фиг. 1 показывает модуль 10 трансформатора тока для установки в (непоказанное) распределительное устройство, точнее говоря в газоизолированное распределительное устройство. Такое распределительное устройство включает в себя в частности трубную капсюляцию (также эксплицитно не показанного) пути тока, что обозначается также как трубный проводник. В области этой трубной капсюляции монтируется модуль 10 трансформатора тока. Основой модуля 10 трансформатора тока представляет собой трубообразный основной элемент 12, который проходит вдоль оси 14. При смонтированном модуле 10 трансформатора тока основной элемент 12 образует участок трубной капсюляции или соответственно внешней трубы трубного проводника. Соответствующий проводник, который задает путь тока, проходит в этом случае вдоль оси 14. Встроенный в распределительное устройство модуль 10 трансформатора тока образует таким образом часть трубной капсюляции пути тока. Этот путь тока проходит в этом случае, как правило, вдоль оси 14. С этой целью трубообразный основной элемент 12 имеет электропроводные концевые элементы 16, 18, которые выполнены в виде фланцев 20, 22. При помощи этих фланцев 20, 22 трубообразный основной элемент 12 может промежуточно прифланцовываться между двумя другими компонентами распределительного устройства. Таким образом, модуль 10 становится частью трубной капсюляции. Трубный участок 24 между концевыми элементами 16, 18 образует среднюю часть трубообразного основного элемента 12. Внутренняя часть трубообразного основного элемента 12 образует газовую камеру 26 для защитного газа газоизолированного распределительного устройства.

Модуль 10 трансформатора тока имеет далее несколько (в данном случае три) кольцеобразных блоков 28 трансформатора тока, которые все выполнены в виде блоков 30 трансформатора тока нулевого потока и расположены на трубообразном основном элементе 12. Каждый из блоков 28, 30 трансформатора тока окружает трубообразный основной элемент 12 при этом по периметру сердечником трансформатора тока, который определяет по существу форму блока 28, 30 трансформатора тока. Далее модуль 10 трансформатора тока имеет электропроводный соединительный элемент 32 в виде оболочки трансформатора тока, которая окружает, по меньшей мере, блоки 28, 30 трансформатора тока и электрически соединяет оба концевых элемента 16, 18 трубообразного основного элемента 12. Если ток протекает между обоими концевыми элементами 16, 18, то он протекает не по трубообразному основному элементу 12, а снаружи вокруг блоков 28, 30 трансформатора тока и не регистрируется ими. Блоки 28, 30 трансформатора тока регистрируют таким образом только ток пути тока внутри трубообразного основного элемента 12. Снаружи на оболочке трансформатора тока смонтирована одна общая соединительная коробка 34 для всех блоков 28, 30 трансформатора тока.

Трубообразный основной элемент 12, как уже было указано, является электропроводным вдоль оси 14 не непрерывно. Другими словами первый концевой элемент 16 электрически изолирован от второго концевого элемента 18. С этой целью не весь трубный участок 24, а лишь его большая часть выполнена в виде металлического отрезка 36 трубы. Он распространяется в осевом направлении от второго концевого элемента 18 по направлению к первому концевому элементу 16, но не доходит до него. Возникает переход от металлического отрезка 36 трубы к первому концевому элементу 18 через трубообразный изоляционный элемент 38 (изоляционную деталь). Он изготовлен, например, из GFK-материала (GFK: армированный стекловолокном пластик).

На внутренней стороне металлического отрезка 36 трубы находится запорное кольцо 40, которое образует узел с отрезком 36 трубы и концевым элементом 18 или фланцем 22. Этот узел является в частности узлом из соединенных друг с другом за одно целое компонентов 18, 22, 36, 40, реализованным предпочтительно в виде литой детали. Между запорным кольцом 40 и первым концевым элементом 16 смонтирован изоляционный элемент 38, который изнутри перекрыт электрически соединенным с первым концевым элементом 16 электродом 42, который можно также понимать как экранирующий электрод. Однако он не доходит до запорного кольца 40. Образуется своего рода обмотка 44 конденсатора, в которой между электродом 42 и изоляционным элементом 38 или запорным кольцом 40 находится слой диэлектрика.

Фиг. 2 показывает изображение в разрезе показанного на фиг. 1 модуля 10 трансформатора тока. При этом, однако, показана только верхняя часть (с соединительной коробкой 34) до оси 14. На этом изображении можно хорошо увидеть положение блока 28 трансформатора тока: все блоки 28 трансформатора тока закреплены на металлическом отрезке 36 трубы при помощи прочной заливки, где они неподвижно удерживаются. Сам металлический отрезок 36 трубы распространяется на участке A от второго концевого элемента 18 по направлению к первому концевому элементу 16, но не доходит до него. Остается выполненный в виде кольцевого зазора изоляционный зазор 46 между металлическим отрезком 36 трубы и первым концевым элементом 16. Этот зазор 46 находится снаружи на изоляционном элементе 38, который находится в исходящей в осевом направлении от первого концевого элемента 16 секции S. Зазор 46 имеет ширину B, которая очень мала по сравнению с осевой общей длиной модуля 10 трансформатора тока или основного элемента 12 в целом.

Вследствие того, что блоки 28 трансформатора тока выполнены в виде блоков 30 трансформатора тока нулевого потока, возможно теперь (в дополнение к обычному измерению переменного тока) также измерение постоянного тока. Блоки 28 трансформатора тока являются таким образом блоками 30 трансформатора тока нулевого потока для измерения постоянного тока при помощи технологии измерения тока нулевого потока.

Далее соответствующее изобретению решение и его варианты осуществления будут теперь еще раз сравниваться с обычной стандартной конструкцией.

У этой стандартной конструкции имеются отдельные типовые узлы трансформатора тока с кольцевыми сердечниками, которые «нанизываются» на трубный элемент трубной капсюляции. Речь идет таким образом не о предварительно собранном модуле с соединенными друг с другом компонентами, основным элементом и блоком трансформатора тока, которым является соответствующий изобретению модуль трансформатора тока.

Проблемой этой стандартной конструкции является то, что она занимает очень много места, требует больших затрат и имеет технически неоптимальное решение. У этой предыдущей конструкции сердечники - в частности в случае морского применения - непосредственно подвержены воздействиям окружающей среды. Требуемое место очень велико, так как сердечники должны надеваться по отдельности с большими промежутками на дорогой газоизолированный типовой узел.

Кроме того, в случае стандартной конструкции не регистрируются важные электрические параметры.

1. В случае короткого замыкания ток не измеряется, так как он не отводится через корпус.

2. Быстрые переходные напряжения не передаются и не измеряются.

Соответствующее изобретению решение может теперь использоваться для случаев применения постоянного тока, так как используются блоки 30 трансформатора тока с сердечниками, которые применяют принцип Zero-Flux (нулевого потока). Для этого существующие индуктивные сердечники заменяются частью электронной системой Zero-Flux.

Расположенные снаружи блоки 30 трансформатора тока заменяют следующее, иначе отдельные типовые узлы стандартной конструкции.

1. Изоляционные типовые узлы для монтажа сердечников. Здесь в модуле 10 трансформатора тока создается благодаря вставленному изоляционному элементу 38 разделительный зазор 46, который предотвращает то, что возможный ток короткого замыкания проводится через основной элемент 12. Ток короткого замыкания проводится по приваренному листу оболочки выполненного в виде оболочки трансформатора тока соединительного элемента 32. Таким образом, этот ток может регистрироваться отдельно.

2. Обычные для стандартной конструкции отдельные соединительные или соответственно клеммные коробки отдельных сердечников. Здесь все кабели собираются и монтируются в одной общей соединительной или клеммной коробке 34 и могут затем направляться к блоку оценки.

3. Обычная при стандартной конструкции фиксация сердечников. Блоки трансформатора тока или соответственно их сердечники прочно отливаются у модуля на основном элементе 12 в качестве носителя сердечников. В настоящий момент они привинчиваются к днищу.

Возникают следующие преимущества.

В случае модуля 10 трансформатора тока возможна теперь предварительная проверка модуля в качестве общей системы. Предварительная проверка законченной системы может осуществляться перед поставкой, так как трансформатор тока может устанавливаться в виде законченной системы, а именно в виде модуля 10 трансформатора тока. Таким образом, точное выявление измеренных значений обеспечено и предварительно проверено.

Предусмотрено экранирование от переходных чрезмерных напряжений (VFT - very fast transient). В модуле 10 трансформатора тока это решается с помощью обмотки 44 конденсатора в изоляционном зазоре 46 и испытано в случае применения переменного тока.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

10 модуль трансформатора тока

12 основной элемент, трубообразный

14 ось

16 концевой элемент

18 концевой элемент

20 фланец

22 фланец

24 трубный участок

26 газовая камера

28 блок трансформатора тока

30 блок трансформатора тока нулевого потока

32 соединительный элемент

34 соединительная коробка

36 отрезок трубы, металлический

38 изоляционный элемент

40 запорный элемент, кольцеобразный

42 электрод

44 обмотка конденсатора

46 изоляционный зазор

A участок

B ширина

S секция.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в уменьшении массогабаритных показателей. Модуль трансформатора тока для распределительного устройства, в частности для газоизолированного распределительного устройства, имеет трубную капсюляцию пути тока. Распределительное устройство включает в себя два электропроводных концевых элемента трубообразного основного элемента для образования, по меньшей мере, одного участка трубной капсюляции и, по меньшей мере, один кольцеобразный блок трансформатора тока. Блок трансформатора тока расположен на трубообразном основном элементе и окружает его по периметру. Блок трансформатора тока или, по меньшей мере, один из блоков трансформатора тока выполнен в виде блока трансформатора тока нулевого потока для измерения тока при помощи технологии измерения тока нулевого потока, которая позволят также измерять постоянный ток. Модуль трансформатора тока имеет электропроводный соединительный элемент в виде оболочки трансформатора тока, которая окружает, по меньшей мере, блоки трансформатора тока и электрически соединяет оба концевых элемента трубообразного основного элемента. Блоки трансформатора тока регистрируют только ток пути тока внутри трубообразного основного элемента. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Модуль (10) трансформатора тока для распределительного устройства, в частности газоизолированного распределительного устройства, которое имеет трубную капсюляцию пути тока, содержащий:

- имеющий два электропроводных концевых элемента (16, 18) трубообразный основной элемент (12) для образования, по меньшей мере, одного участка трубной капсюляции,

- по меньшей мере, один кольцеобразный блок (28) трансформатора тока, который расположен на трубообразном основном элементе (12) и окружает при этом по периметру трубообразный основной элемент (12),

отличающийся тем, что блок (28) трансформатора тока или, по меньшей мере, один из блоков (28) трансформатора тока выполнен в виде блока (30) трансформатора тока нулевого потока для измерения тока при помощи технологии измерения тока нулевого потока.

2. Модуль трансформатора тока по п.1, отличающийся тем, что трубообразный основной элемент (12) содержит в секции (S) изоляционный элемент (38), который оба концевых элемента (16, 18) трубообразного основного элемента (12) электрически изолирует друг от друга внутри основного элемента.

3. Модуль трансформатора тока по п.2, отличающийся тем, что расположенный между концевыми элементами (16, 18) трубный участок (24) трубообразного основного элемента (12) образуется по существу металлическим отрезком (36) трубы, причем на трубном участке (24) выполнен проходящий по периметру изоляционный зазор (46) внутри секции (S) с изоляционным элементом (38).

4. Модуль трансформатора тока по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один блок (28) трансформатора тока расположен на участке (A) трубообразного основного элемента (12), на котором расположен металлический отрезок (36) трубы.

5. Модуль трансформатора тока по п.3 или 4, отличающийся тем, что изоляционный зазор (46) имеет ширину, которая соответствует максимум 1/10 осевой общей длины модуля (10) трансформатора тока.

6. Модуль трансформатора тока по любому из пп. 2-5, отличающийся тем, что основной элемент (12) содержит электрод (44) в секции (S) с изоляционным элементом (38).

7. Модуль трансформатора тока по любому из пп. 1-6, отличающийся несколькими блоками (30) трансформатора тока и одной общей присоединительной коробкой (34) для этих блоков (30) трансформатора тока.

8. Модуль трансформатора тока по любому из пп. 1-7, отличающийся, по меньшей мере, одним электропроводным соединительным элементом (32), который проходит снаружи вокруг, по меньшей мере, одного блока (28) трансформатора тока и электропроводящим образом соединяет оба концевых элемента (16, 18) трубообразного основного элемента (12).

9. Модуль трансформатора тока по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один кольцеобразный блок (28) трансформатора тока закреплен на трубообразном основном элементе (12), в частности на металлическом отрезке (36) трубы.

10. Распределительное устройство, в частности газоизолированное распределительное устройство, которое имеет трубную капсюляцию пути тока, отличающееся модулем (10) трансформатора тока по любому из пп. 1-9.