Измерительный высоковольтный трансформатор тока Советский патент 1992 года по МПК H01F40/06 

Фиъ1

тана пленочная изоляция 9 и конденсаторные обкладки 10. Экран 6 расположен в верхней части изолятора 7, а внизу экрана 6 размещен цилиндрический электрод 14, охватывающий трубу 11. Конденсаторные обкладки 10 сдвинуты между собой и расположены в продольном сечении змейкой, за счет чего уменьшается толщина пленочной изоляции, повышается надежность и уменьшается материалоемкость. 2 ил.

Использование1 высоковольтные измерительные трансформаторы тока наружной установки. Содержание: трансформатор тока рымовидной конструкции имеет металлический бак 4, установленный на высоковольтном полом изоляторе 7. Внутри изолятора 7 проходит металлическая труба 11 и расположен емкостный экран 6, служащий для выравнивания напряжения вдоль изолятора 7 Экран 6 представляет собой изоляционный цилиндр 8, на котором намоLK v fe VJ О х СЛ (Л СЛ &. Ј

Изобретение относится к области электротехники, а точнее к эл ктроизоляцион- ной технике и изоляции высоковольтных электрических аппаратов, например трансформаторов тока или напряжения, или огра- ничителей перенапряжений, выполненных с изоляцией сжатым газом.

Изобретение может быть использовано в конструкциях высоковольтной электрофизической аппаратуры и высоковольтных ис- точниках напряжения

Известен высоковольтный аппарат, преимущественно измерительный высоковольтный трансформатор тока с газовым за- полнителем, в котором регулирование электрического поля осуществляется с помощью конденсаторных обкладок.

Использование конденсаторных обкладок позволяет существенно выравнить распределение напряженности по толщине внутренней изоляции.

Вместе с тем распределение напряжения по границе системы экранов внутренней изоляции оказывает свое влияние и на оаспределение напряжения на поверхно- от.1 изоляционной покрышки,

Однако при расчете системы экранов основное внимание уделяется распределению электрического поля внутри нее.

Недостатки известного устройства:

наличие цилиндрических металлических экранов (в системе экранов внутренней изоляции) большой длины;

наличие изоляционных шин, требующих высоких электрических и механических характеристик;

наличие повышенных массогабаритных показателей.

Известен высоковольтный аппарат, например, измерительный трансформатор то- ка, изолированный газом SFe, в котором используется емкостный экран с конденсаторными обкладками, расположенными внутри диэлектрического (изоляционного) цилиндра большого радиуса,

Емкостный экран предназначается для выравнивания распределения электрического поля по оси симметрии конструкции за счет распределения напряжения по конденсаторным обкладкам

Тем самым с помощью заданного распределения напряжения по поверхности емкостного экрана (за счет соответствующего подбора емкостей между соседними обкладками) выравнивается распределение напряжения на другой поверхности.

Недостатком прототипа является то, что длина изоляционного цилиндра равна длине конструкции, а конденсаторные обкладки расположены по всей длине цилиндра.

Тем самым неоправданно увеличивается толщина изоляции, в которой располагаются конденсаторные обкладки, (т.е. расстояние между конденсаторными обкладками) увеличивается число конденсаторных обкладок, что снижает надежность конструкции и приводит к неоправданному перерасходу изоляционных материалов.

Целью изобретения является повышение надежности, уменьшение массогабаритных показателей и снижение расхода изоляционных материалов.

Емкостный экран подобного типа может быть использован и в конструкции измерительного высоковольтного трансформатора тока с элегазовой изоляцией (с газовым заполнителем).

Поставленная цель достигается тем, что измерительный высоковольтный трансформатор тока содержит емкостный экран, который расположен вдоль изоляционной покрышки в среде сжатого газа и состоит из изоляционного цилиндра, конденсаторных обкладок и намотанной между цилиндром и обкладками пленочной изоляции

Новым является то, что емкостный экран выполнен меньшей длины, те. экран расположен по всей длине изоляционной покрышки, а лишь в верхней ее части в области сильных электрических полей; конденсаторные обкладки расположены по всей длине экрана со сдвигом друг относительно друга в виде змейки и выполнены с заданным перекрытием между собой, таким образом изоляционный цилиндр равен длине расположения обкладок, при этом в нижней части экрана дополнительно установлен электрод

Суммарная толщина пленочной изоляции уменьшена за счет расположения конденсаторных обкладок змейкой,

На фиг. 1 представлен измерительный высоковольтный трансформатор тока с эле- газовой изоляцией; на фиг. 2 - расположение конденсаторных обкладок в экране.

Предлагаемый измерительный высоковольтный трансформатор тока включает экранированный магнитопровод 1, первичную обмотку 2, выводы 3.

Магнитопровод 1 и первичная обмотка 2 заключены в корпусе 4, который установлен на верхней посадочный фланец 5 (см. фиг. 1).

Также трансформатор тока содержит емкостный экран 6, который расположен вдоль изоляционной покрышки 7 в среде сжатого газа и состоит из изоляционного цилиндра 8, пленочной изоляции 9, конденсаторных обкладок 10 (см. фиг. 1 и 2).

В изоляционной покрышке 7 установлена центральная труба 11, которая связана с магнитопроводом 1.

Изоляционная покрышка 7 с помощью нижнего фланца 12 соединена с цоколем 13.

Длина емкостного экрана 6 выполняется меньше длины (высоты) всей конструкции наружной изоляционной покрышки 7; для уменьшения толщины емкостного экрана 6, конденсаторные обкладки 10 располагаются змейкой (со сдвигом и с перекрытием между собой образующих постоянное их количество по толщине изоляции, например, три), замыкание емкостной цепи обеспечивается применением дополнительного электрода 14, расположенного внутри емкостного экрана 6 (в случае изготовления трансформатора тока) или снаружи его (в случае изготовления ограничителя перенапряжения).

Уменьшение длины емкостного экрана 6 не приводит к изменению распределения напряжения по его длине по сравнению со случаем, когда длина емкостного экрана равна длине всей конструкции, поскольку емкость дополнительного электрода 14 на землю выбирается.соответствующей величины (см. фиг. 1).

Возможность сокращения длины емкости экрана 6 вытекает также из того, что для высоковольтных конструкций, как правило, необходимо регулирование распределения напряжения лишь в верхней части конструкции в области сильных электрических полей в нижней части изоляционной покрышки 7 трансформатора тока напряжение меньше, напряженность поля в воздухе значительно меньше критических значений.

0

и поэтому нет необходимости в ее дальнейшем снижении.

Таким образом, емкостный экран б в конструкции трансформатора тока обеспечивает оптимальное выравнивание и распределение напряжения по внешней поверхности наружной покрышки 7 и, тем самым, способствует снижению напряженности в воздухе.

В предлагаемой конструкции экран 6 выполнен с уменьшением длины и расположен в верхней части изоляционной покрышки 7, чем обеспечивается уменьшение длины расположения конденсаторных коль- цевых (Вобл.) обкладок 10, которые выполнены со сдвигом друг относительно друга (в виде змейки) и расположены с заданным перекрытием между собой.

Концевая защита последней обкладки 0 10 обеспечивается с помощью электрода 14 необходимого радиуса и имеющего потенциал этой обкладки,

Изоляционный цилиндр 8 также равен длине расположения конденсаторных об- 5 кладок 10.

Суммарная толщина пленочной изоляции 9 уменьшена за счет змеевидной намотки конденсаторных обкладок 10.

Приводится конкретный расчет емкост- 0 ного экрана.

Пусть необходимо выбрать емкостный экран для измерительного трансформатора тока с элегазовой изоляцией (см, фиг. 1),

Можно полагать, что расчет габаритов 5 конструкции следует вести при расчетном напряжении, равном испытательному напряжению коммутационного импульса, равном кВ, При давлении элегаза 0,4 МПа (4 атм) допустимая напряженность 0 принимается равной Ед-140 кВ/см.

Радиус центральной заземленной трубы 11 принимается равным см.

Принимается также, что дополнительный электрод 14 будет находится под напря- 5 жением, равным половине максимального приложенного.

Тогда радиус экрана 14 выбирается исходя из

0ирЭф - - 650кВ

и рассчитывается по формуле

(тШ

15,9.

,0exprjf

10

Принимаем см. При этих данных общая емкость экрана 14 относительно центральной трубы 11 составит:

Сэ.Тр

,-14.

2лЕо1эЈ 2лг-8,84-10 -30-1

35,,

48

где

,84 10 14;

см;

,.

Отсюда следует, что для получения половины максимального приложения на экране 14 проходная емкость конденсаторных обкладок 10, образующих емкостный экран 6, должна составлять 35 пФ.

При толщине изоляции между соседними конденсаторными обкладками 10 равным 1 мм, допустимое рабочее напряжение, по сложившейся практике, принимается на один слой 15 (изоляционной пленки 9) ,53 кВ.

Необходимое количество слоев 15 составит

Псл

Цн.раб. 525 Уел

- Т 53е 6°СЛОевЕмкость между двумя конденсаторными обкладками 10 (емкость одного слоя 15) должна быть:

-Рсл 35-60 2100 пФ.

Для расчета длины конденсаторных обкладок 10 определяется радиус изоляцион- ного цилиндра 8, который определяется по известной формуле для двух поаксиальных цилиндров по значениям Up и ЕДОп.

10 exp

1300 140-10

Принимается минимальный радиус намотки обкладки 10, находящейся под потенциалом рабочего напряжения, равным см.

Емкость одного слоя 15 определяется по формуле

Сел. -

°Јо°Коб 1сл

Д

2100пФ.

При Ј1 3,0; ,1 см и см, длина перекрытия конденсаторных обкладок в слое составит

Сел. Д

1СЛ.

2Я-Ј1 Ј0фРоб

U

5

0

. 2100-КГ -01 485ш 2-л:-3-8,84-10 14-26

Минимальная длина конденсаторной намотки определяется необходимым сдвигом обкладок 10, который определяется напряжением перекрытия при воздействии полного грозового импульса равном 1500 кВ.

Согласно разделов 3.4 и 3.5 Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения под редакцией В.В.Афанасьева (г. Ленинград, Энергоатомиздат, 1987 г.) напряжение перекрытия для мм не более 35 кВ.

В наших условиях, при полном грозовом импульсе, на слой 15 воздействует напряжение

иСл.,5кВ.

Таким образом имеется запас, он составляет:

2,8 раза.

Исходя из этого, минимальную длину сдвига обкладки 10 можно принять Я 1 см.

Для расположения экрана 14 в средней части изолятора 7 длина сдвига принята равной 1,5 см.

Величина емкости каждого элементарного конденсатора (уступа) относительно заземленной трубы составит

2я-еь-е-1 2-я-8,84-10 14-1.5

In

Roe Ri

-3

0,87пФ.

Таким образом, емкость конденсаторов (уступов) относительно земли значительно меньше емкости перекрытия конденсаторных обкладок -jfTo-r 2414 раз, поэтому в

расчете емкостями относительно земли можно пренебречь.

При расположении емкостного экрана (изоляции) по всей длине изоляционной конструкции по принципу кабельно-конденса- торной изоляции толщина изоляционной конструкции составит

2- 60 см. При конусном расположении изоляции объем изоляции на цилиндрической части заземленной трубы 11 составит (при длине трубы 390 см)

elfeW)(y.

390

191135см3 &0,2 м3,

Объем изоляции при расположении конденсаторные обкладки (толщина равна 3 мм и выполнена на половине длины, составит

(26,32-262) см3 «0,01 м3,5

т.е. объем изоляции уменьшается почти в 20 раз.

Приведенный пример показывает, что выполнение емкостного экрана 6, согласно 10 изобретению, вполне возможно, и его длина может быть существенно сокращена, т.е. общая высота изоляционной покрышки 7 для трансформатора тока 500 кВ составляет 4100мм.15

Предлагаемый измерительный высоковольтный трансформатор тока позволяет:

осуществить принудительное распределение напряжения по экрану и замыкание емкостной цепи;20

осуществить уменьшение толщины намотки изоляционной пленки между конденсаторными обкладками;

осуществить уменьшение массогаба- ритных показателей.25

,л

% Ш&ПШЈШШШ7,

S zsSTl

Ј&.:..

I

Формула изобретения Измерительный высоковольтный трансформатор тока рымовидной конструкции, содержащий первичную и вторичные обмотки, расположенные в металлическом корпусе наверху полого высоковольтного изолятора, внутри которого проходит металлическая труба с отводами от вторичных обмоток и размещен емкостный экран, представляющий собой изоляционный цилиндр, на котором намотаны пленочная изоляция и конденсаторные обкладки, о т- личающийся тем, что, с целью повышения надежности и уменьшения материалоемкости, он дополнительно содержит цилиндрический электрод, конденсаторные обкладки емкостного экрана имеют одинаковую ширину, одинаково сдвинуты одна относительно другой в осевом направлении, а в продольном сечении экрана они расположены в виде змейки, емкостный экран расположен в верхней части полого высоковольтного изолятора, а цилиндрический электрод - в нижней части емкостного экрана и охватывает металлическую трубу.

9ut.2