Электроиндукционное устройство Советский патент 1982 года по МПК H01F27/32 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовым высоковольтным трансформаторам и реакторам, подвергающимся действию грозо вых перенапряжений. Известен радиотрансформатор, соде жащий за1цитную обмотку и емкостный экран, расположенные между первичной и вторичной обмоткой. Защитная обмот ка и емкостный экран позволяют до ми нимума свести емкостные токи между обмотками и между обмотками и экранами. Для радиоустройств снижение паразитного емкостного тока имеет практическое значение СП. Однако такая защита приемлема только для радиотрансформаторов, не подключаемых непосредственно к дальним воздушным линиям электропередачи откуда набегают грозовые перенапряжения. Известен также трансформатор, со держащий катушечную обмотку высшего напряжения (ВН), элементы выравнивания электрического поля в межобмоточной изоляции с охлаждающим каналом между обмоткой ВН и элементами выравнивания электрического поля. Элемент выравнивания поля содержит цилиндрические электроды - элементы, аксиально установленные по всей высоте обмотки. Каждый элемент представляет собой цилиндр из электроизоляционного материала, покрытый металлической фольгой и заизолированный сверху. Слой фольги каждого элемента гальванически соединен перемычкой с противолежащим межкатушеч ным переходом обмотки. Перемычки на-, ходятся в масляном канале между элементами и обмоткой 2. Для такого трансформатора характерны следующие недостатки: наличие перемычек между элементами и межкатушечными переходами, необходимость их пайки, между смежными элементами действует напряжение, равное напряжению нескольких катушек, изоляция на элементах при этом имеет толщину несколько милиметров, элементы занимают большой объем и снижают запол няемость активными проводниками; в слое изоляции, непосредственно примы кающем к элементам, действует увеличенная местная электрическая напряженность. Технология изготовления элемента выравнивания поля трудоемка. Целью изобретения является уменьшение радиального размера межобмоточной изоляции за счет снижения напряженности электрического поля изоляции. Зто достигается тем, что в пред- ложеннои устройстве элементы выравни вания электрического поля выполнены в виде однослойной цилиндрической обмотки, расположенной концентрично обмоткам ВН и низшего напряжений(НН) один конец которой гальвинически сое динен р прилежащим концом обмотки, высшего напряжения. Слой витков, намотанных концентри чески с обмоткой, обеспечивает минимальное напряжение между соседними элементами (напряжение одного витка) толщина элементов с изоляцией равна соответственно радиальному размеру одного провода и изоляции на нем, которые могут быть минимальными, исключаются перемычки, технология изготовления существенно упрощается; напряженность в межобмоточной изоляции , прилегающей к элементам выравнивания, снижается (напряжение распределено равномерно по виткам). Ров ная цилиндрическая поверхность слоя витков позволяет непосредственно накладывать на нее межобмоточную изо ляцию, например бумажную. На фиг. 1 изображено предложенное устройство; на фиг. 2 - то же, в совокупности с известным устройством; на фиг. 3 - известное устройство, предназначенное для выравнивания рас пределения импульсных перенапряжений внутри самой обмотки, сечение (его применение и действие на зависит от элементов выравнивания электрической напряженности в межобмоточной изоляции) ; на фиг. Ц - предложенное устройство для случая переплетения витков в катушках обмотки, обмотка состоит из нескольких частей; на фиг,5 13 схемы переплетения витков в частях обмотки, показанной на фиг. ; 9 6 на фиг. И - схема действия на обмотку ВН волны перенапряжений; на фиг. 15 - то же, основные витки обмотки ВН исключены; на фиг. 16 - график, поясняющий полученный физический эффект. На фиг. 1 катушечная обмотка ВН состоит из рабочих витков 1 -100 . Слой 1 витков 1 -100 образует элементы выравнивания электрического поля в межобмоточной изоляции. Между слоем 1 и обмоткой ВН находится масляный канал 2, между слоем 1 и обмоткой НН находится межобмоточная изоляция 3. Слой 1 исключает влияние выступов и впадин на поверхности обмотки ВН, которые образуются на межкатушечных переходах из провода большого сечения, например транспонированного и подразделенного провода, широко применякицихся в мощных силовых трансформаторах. При отсутствии слоя 1 неровности обмотки и углы катушек создают очаги повышенной электрической напряженности в изоляции 3, что не позволяет снизить ее радиальный размер и уменьшить вес и потери энергии в трансформаторе. Слой 1 создает ровную поверхность для прилегания межобмоточной изоляции 3, исключает очаги повышенной нэ пряженности в изоляции. Один конец слоя 1 связан гальванически с концом обмотки ВН, другой конец свободен. Количество витков в слое 1 соответствует количеству витков в обмотке ВН, разность напряжений между противолежащими витками слоя 1 и крайними витками обмотки ВН незначительна. Так между витком 8 обмотки и витком 5 слоя напряжение равно трем витковым ЭДС, т.е. 8-5 3. Если обмотка весьма высокого напряжения, она также содержит устройство для в ыравнивания распределения перенапряжений внутри самой обмотки, например устройство (фиг. 2). Устройство 4 представляет собой слой витков 5 (фиг. З)I намотанных концентрически обмотке ВН, содержащих конденсаторные обкладки из фольги, шихтованные между собой дпя образования взаимной электрической емкости и изолированные конденсаторной бумагой. В сечении витка видно, что на картонную полосу 6 намотаны слои фольги 7 и изоляции 8. По мере удаления витка 5 от линейного вывода

обмотки количество слоев фольги снижается для образования требуемой электрической емкости вдоль устройства (гальваническая связь между отрезками фольги отсутствует). При действии на обмотку грозовых перенапряжений устройство 4 обеспечивает равномерное распределение перенапряжений внутри обмотки ВН, а слой 1 обеспечивает выравнивание напряженности в межобмоточной изоляции 3.

На фиг. Ц показана обмотка, имеющая переплетение витков в катушках (схема переплетения витков 9-17 в каждой части витков (на фиг. ). Выравнивание распределения перенапряжений внутри самой обмотки здесь осуществляется благодаря указанной схеме переплетения витков.

Физический эффект заключается в том, что слой 1 витков имеет распределение перенапряжений такое же, как в обмотке (фиг. 14, 15, 16).

На фиг. 14 показана схема действия на обмотку ВН волны 18 перенапряжения, при этом в обмотке ВН и на слое 1 возникают одинаковые импульсные напряжения, напряжение 19 между обмоткой ВН и слоем 1 практически отсутствует (график на фиг. 16). При этом витки слоя 1 имеют практически одинаковые потенциалы с соответствующими витками 1-100 обмотки ВН без наличия перемычек между ними.

Для пояснения того факта, что указанный положительный физический эффект является следствием совокупности признаков, на фиг. 15 исключены основные витки обмотки ВН и подана та же волна перенапряжения )8. В этом случае в слое 1 возникают значительные перенапряжения 20 (фиг. 16) на его холостом конце 100 . Отдельный слой 1 имеет перенапряжения как при изолированной нейтрали. Слой же в предложенной обмотке имеет перенапряжения такие, как в основных вит ках обмотки (применительно к схеме испытаний на фиг. 14, слой ведет себя как с заземленным концом). Позицией 21 обозначены все заземленные узлы трансформатора.

В слое 1 витков 1 -100 рабочий ток отсутствует, свободный конец не заземлен, однако потенций этого конца (при заземлении X обмотки ВН) также имеет практически нулевое значение. Это объясняется тем, что в витках 1-100 индуктируются те же ЭДС, что и в витках I-IOO.

Количество витков в слое, как правило, равно количеству основных витков обмотки, однако отличие в несколько витков допустимо.

Формула изобретения

Электроиндукционное устройство, преимущественно трансформатор, содержащее катушечную обмотку высшего напряжения, элементы выравнивания электрического поля в межобмоточной изоляции с охлаждающим каналом между обмоткой высшего напряжения и элементами выравнивания электрического поля, отличающееся тем, что, с целью уменьшения радиального размера межобмоточной изоляции за счет снижения напряженности электрического поля изоляции, указанные элементы выполнены в виде однослойной цилиндрической обмотки, расположенной концентрично обмоткам высшего и низшего напряжений, один конец которой гальванически соединен с прилегающим концом обмотки высшего напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании N 743145, кл. 38/2/,1959.

2.Патент Великобритании V 850645, кл. 38/2/, I960.

9 ВН Участи

Ю

//

12 /J

/-« 15

16

Zwcivu

Znacmu

3 часта

. Jvacmu

НН

части

части

17

f nacmeii Фиг.5 I. I .1 f.l I I .ih f т in in

18

Б

18

8рвмя, МНС

Фиг.16