Высоковольтный трансформатор напряжения

 

Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции каскадных измерительных трансформаторов напряжения. Сущность: высоковольтный трансформатор напряжения содержит фарфоровый корпус, установленный на цоколь, на котором на прессующих стойках расположена заключенная в корпусе активная часть, состоящая из шихтованного прямоугольного магнитопровода с ярмами, верхним и нижним горизонтальными стержнями, на которых расположены обмотки. Сверху корпуса установлена металлическая крышка, на которой расположен линейный ввод. Трансформатор дополнительно снабжен специальными экранами - средними, верхними и нижними и емкостным экраном. Емкостный экран установлен над активной частью с помощью подвесных элементов, которые закреплены к крышке, и электрически соединен с линейным вводом. Ось экрана совпадает с вертикальной осью магнитопровода. Средние, верхние и нижние экраны установлены на магнитопроводе. При этом средние боковые экраны, выполненные в виде изогнутой скобы, прикреплены к шпилькам ярем и охватывают в отдельности каждое ярмо с двух сторон. На выступающий верхний торец средних экранов установлены верхние экраны, каждый из которых выполнен квазисферической формы и закрывает собой углы верхнего стержня и состоит из отдельных элементов, которые расположены торцами друг к другу и один из элементов выполнен с возможностью съема со средних экранов. Нижние экраны, выполненные полусферической формы, установлены между стойками, закрывают углы нижнего стержня и зафиксированы к стойкам с помощью изоляционного материала. 5 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции каскадных измерительных трансформаторов напряжения.

Известный трансформатор напряжения [1] состоит из ступеней, расположенных на двух магнитопроводах.

В известном каскадном трансформаторе напряжения выравнивание распределения напряжения грозовых импульсов достигается созданием дополнительной электрической емкости между линейным вводом и магнитопроводом, связанным электрически и соединенными между собой двумя идентичными обмотками, расположенными на двух стержнях одного и того же магнитопровода. Дополнительная электрическая емкость создается незамкнутыми электростатическими экранами цилиндрической формы, расположенными поверх обмоток и электрически соединенными с магнитопроводом ступени, на которой расположены обмотки.

Недостатками известной конструкции являются необходимость введения дополнительного изоляционного материала между экраном и обмоткой для обеспечения электрической прочности промежутка, на который воздействует половина эксплуатационного напряжения (а также испытательных напряжений промышленной частоты и грозовых импульсов): сложная конструкция; сниженная надежность; повышенная трудоемкость; потребность в дополнительном количестве твердой изоляции.

Известный трансформатор напряжения [2] состоит из активной части, установленной на плиту цоколя и закрываемой фарфоровой цилиндрической покрышкой, которая заполняется трансформаторным маслом. Сверху покрышка закрыта корпусом маслорасширителя, на котором установлены указатель уровня масла, контактный ввод и пробка для дыхания. Межслоевая изоляция обмоток выполняется кабельной бумагой.

Недостатком трансформатора являются сложность и ненадежность конструкции; большая пожароопасность в результате использования трансформаторного масла; перерасход твердой изоляции за счет неравномерного распределения перенапряжения между обмотками; возможность локального повышения напряженности электрического поля, что вызывает увеличение частичных разрядов (разложение характеристик изоляции) и приводит к пробою магнитопровода; не исключается вероятность импульсных воздействий напряжением на более напряженные участки главной изоляции; снижение прочности изоляции, так как уменьшена прочность входной зоны трансформатора.

Целью изобретения является упрощение и усовершенствование конструкции, повышение надежности, снижение материалоемкости (уменьшение объема изоляционного материала путем равномерного распределения напряжения в обмотках).

Цель достигается тем, что в высоковольтном трансформаторе напряжения содержится фарфоровый корпус, установленный на цоколь, на котором на прессующих стойках расположена заключенная в корпусе активная часть, состоящая из шихтованного прямоугольного магнитопровода с ярмами, верхним и нижним горизонтальными стержнями, на которых расположены обмотки, сверху корпуса установлена металлическая крышка, на которой расположен линейный ввод.

Трансформатор дополнительно снабжен специальными экранами средними, верхними и нижними и емкостным экраном.

Емкостный экран установлен над активной частью с помощью подвесных элементов, которые закреплены к крышке, и электрически соединен с линейным вводом, причем ось экрана совпадает с вертикальной осью магнитопровода.

Средние, верхние и нижние экраны установлены на магнитопроводе, при этом средние экраны, выполненные в виде изогнутой скобы, закреплены к шпилькам ярем и охватывают в отдельности каждое ярмо с двух сторон, причем на выступающий верхний торец средних экранов установлены верхние экраны, каждый из которых выполнен квазисферической формы и закрывает собой углы верхнего стержня и состоит из отдельных элементов, которые расположены торцами друг к другу и один из элементов выполнен с возможностью съема со средних экранов; нижние экраны, выполненные полусферической формы, установлены между стойками и закрывают углы нижнего стержня и зафиксированы к стойкам с помощью изоляционного материала; между соприкасаемыми поверхностями корпуса с крышкой и с цоколем установлены самогерметизирующие разъемные соединения. Емкостный экран имеет тарельчатую форму с закругленными краями.

Один из элементов верхнего экрана соединен со средним боковым экраном с помощью сварки, а съемный элемент выполнен с пружинными захватами. Нижние экраны выполнены с выемкой, которая служит для укладывания изоляционного материала. Межслоевая изоляция двух верхних катушек обмоток выполнена с помощью лавсановой пленки.

Самогерметизирующие разъемные соединения состоят из двух прокладок из резины, между которыми введена жидкая масса герметик.

На фиг. 1 показан трансформатор напряжения, общий вид; на фиг. 2 вид А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 узел I на фиг. 1; на фиг. 5 узел II на фиг. 2; на фиг. 6 сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 7, 8 емкостный экран и его крепление; на фиг. 9 узел III на фиг. 1; на фиг. 10 узел IV на фиг. 1; на фиг. 11-13 средний боковой экран магнитопровода в виде изогнутой скобы; на фиг. 14, 15 средний экран, соединенный сваркой с одним из элементов верхнего экрана; на фиг. 16, 17 съемный элемент верхнего экрана; на фиг. 18, 19 привариваемый элемент верхнего экрана; на фиг. 20, 21 нижний экран; на фиг. 22 электрическая схема трансформатора напряжения.

Предлагаемый высоковольтный трансформатор напряжения состоит из фарфорового корпуса 1, цоколя 2, металлической крышки 3 и активной части 4. Трансформатор заполнен преимущественно элегазом (SF₆) 5.

Внутри фарфорового корпуса 1 на цоколе 2 установлена активная часть 4, которая состоит из шихтованного прямоугольного магнитопровода 6 и обмоток 7 и 8. Обмотки 7 и 8 разнесены на магнитопроводе 6 на верхнем и нижнем горизонтальных стержнях 9. Ярма 10 магнитопровода 6 стягиваются толстыми прессующими (деревянными) стойками 11 с помощью стяжных шпилек 12, пропущенных через отверстия в ярмах 10.

Для повышения входной электрической прочности в двух верхних катушках 13 (К и Н) обмоток 7 и 8 выполняется межслоевая изоляция с помощью лавсановой пленки 14, что усиливает прочность входной зоны и исключает пробой изоляции. В остальных катушках 15 (от А до 3) обмоток 7 и 8 межслоевая изоляция выполняется кабельной бумагой 16.

Сверху фарфоровый корпус 1 закрывается металлической крышкой 3, к внутренней стороне которой с помощью подвесных элементов 17 прикреплен металлический емкостный экран 18 для выравнивания импульсного напряжения между обмотками 7 и 8. Емкостный экран 18 имеет тарельчатую форму с закругленными краями; ось экрана 18 совпадает с вертикальной осью магнитопровода 6.

Тарельчатый емкостный экран 18 перекрывает собой площадь круглого сечения корпуса 1. Линейный ввод 19 трансформатора расположен на крышке 3.

Меньшая сторона подвесного элемента 17 закреплена к емкостному экрану 18, т. е. экран 18 подвешивается над активной частью 4 и соединяется жестко с крышкой 3 и имеет потенциал линейного ввода 19 посредством соединения металлической трубы 20 с обмоткой 7. Труба 20 устанавливается вертикально по оси линейного ввода 19. Практически тарельчатый емкостный экран 18 выполнен с отверстием, и он насаживается на трубу 20.

Для повышения электрической прочности главной изоляции и снижения уровня частичных разрядов, магнитопровод 6 закрыт специальными экранами средними 21, верхними 22 и нижними 23.

Средние боковые экраны 21 выполнены в виде изогнутой скобы, по краям которой расположена изоляционная кабельная бумага 24. При этом средние экраны 21 установлены на стягивающих шпильках 12 каждого ярма 10 магнитопровода 6, охватывая его с двух сторон; верхние торцы средних экранов 21 выступают над магнитопроводом 6.

В месте соединения среднего экрана 21 со шпилькой 12 ставится полусферическая гайка 25 для экранирования острых углов шпилек 12. Верхние экраны 22 представляют собой квазисферический элемент, которым закрываются углы верхнего стержня 9 магнитопровода 6 и пластины для строповки (не показаны), установленные на активной части 4.

Верхний квазисферический экран 22 состоит из двух отдельных элементов 26 и 27, которые установлены торцами друг к другу.

Элемент 26 приваривается с внутренней стороны (т. е. соединяется с помощью сварки в нескольких точках) к выступающим верхним торцам средних экранов 21.

Элемент 27 выполняется съемным и устанавливается с другой стороны на выступающие верхние торцы средних экранов 21 и фиксируется к ним с помощью пружинных захватов 28.

Элемент 26, примыкая к элементу 27, создает общую поверхность квазисферической формы, экранирующую углы верхнего стержня 9 магнитопровода 6.

Захваты 28 состоят из пластины 29 и пружины 30 и крепятся к элементу 27 с помощью заклепок 31.

Углы нижнего стержня 9 магнитопровода 6 закрываются нижними полусферическими экранами 23, установленными между деревянными стойками 11 активной части 4, которые закреплены на цоколе 2.

Каждый полусферической экран 23 фиксируется киперной лентой 32 (изоляционный материал), которой обтягиваются стойки 11. Выемка 33, выполняемая в каждом экране 23, служит для укладывания в нее киперной ленты 32.

Механическое соединение крышки 3 с верхней частью фарфорового корпуса 1 осуществляется следующим образом.

Установленный хомут 34 на корпусе 1 связывается с крышкой 3 с помощью стягивающего болта 35, имеющего сухарь 36, упирающийся в конический участок корпуса 1.

В сопряжение соприкасаемых поверхностей между крышкой 3 и верхней частью фарфорового корпуса 1 и между плитой цоколя 2 и нижней частью корпуса 1 вводятся самогерметизирующие разъемные соединения 37.

Самогерметизирующие разъемные соединения 37 состоят из двух прокладок 38, выполненных из резины и введенной между ними жидкой массы герметика 39 (белая смола), например ВГП-1 ОСТ 38.032-81.

Резиновые прокладки 38 устанавливаются на промазанную герметиком поверхность. Герметик, обладая свойством не затвердевать при отсутствии контакта с кислородом, остается в основной своей массе жидким после выполнения сборки, образует при этом только на его поверхности резиноподобную корку.

При возникновении разгерметизации трансформатора в процессе его вакуумировки перед заполнением его элегазом в зону разгерметизации затягивается вакуумом жидкий герметик, но так как в этом случае возникает его контакт с кислородом воздуха, происходит его вулканизация и восстановление герметичности разъемных соединений трансформатора.

Преимущества данной конструкции разъема не только в возможности самовосстанавливания герметичности разъемных соединений, но в том числе и в следующем.

Достаточно низки требования, например к чистоте сопрягаемых поверхностей в крышке, цоколе, фарфоре и т. п. Это обусловлено тем, что сцепляемость герметика с шероховатой поверхностью лучше, чем с поверхностью с низкой шероховатостью; низкие требования к плоскостности сопрягаемых поверхностей, так как неплоскостность частично устраняет жидкий герметик при его растекании по поверхности.

Для упрощения конструкции трансформатора и исключения дополнительного объема изоляционного материала в результате равномерного распределения напряжения грозовых импульсов по ступеням каскада в зоне линейного ввода 19 высокого напряжения расположен металлический экран 18, имеющий форму тарелки с закругленными краями и соединенный электрически с линейным вводом 19.

Экран 18 создает дополнительную электрическую емкость потенциальных частей, связанных с вводом высокого напряжения на магнитопровод 6.

При этом изоляцией между экраном 18 и магнитопроводом 6 является изоляционное заполнение трансформатора (трансформаторное масло, элегаз (SF₆). Специальной дополнительной изоляции не требуется.

Распределение напряжения грозового импульса по элементам каскада определяется соотношением электрических емкостей элементов конструкции, связанных с вводом высокого напряжения и магнитопровода С₁ и магнитопровода и заземленных частей С₂.

Напряжение по элементам распределяется обратно пропорционально величинам этих емкостей, причем на С₁ приходится большее напряжение. Для снижения напряжения на емкости С₁, а следовательно, для выравнивания напряжения по элементам каскада, необходимо увеличить емкость С₂. С этой целью устанавливается дополнительный экран 18, образующий емкость С_э (см. фиг. 22).

Предлагаемый высоковольтный трансформатор напряжения позволяет упростить и усовершенствовать конструкцию; повысить надежность; снизить материалоемкость (уменьшить объем изоляционного материала); выполнить конструкцию пожаробезопасной в эксплуатации.

Формула изобретения

1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий фарфоровый корпус, установленный на цоколь, на котором на прессующих стойках расположена заключенная в корпусе активная часть, состоящая из шихтованного прямоугольного магнитопровода с ярмами и верхним и нижним горизонтальными стержнями, на которых расположены обмотки, сверху корпуса установлена металлическая крышка, на которой расположен линейный ввод, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными экранами средними, верхними и нижними и емкостным экраном, при этом последний установлен над активной частью с помощью подвесных элементов, которые закреплены к крышке, и электрически соединен с линейным вводом, причем ось экрана совпадает с вертикальной осью магнитопровода, средние, верхние и нижние экраны установлены на магнитопроводе, при этом средние экраны, выполненные в виде изогнутой скобы, закреплены к шпилькам ярем и охватывают в отдельности каждое ярмо с двух сторон, причем на выступающий верхний торец средних экранов установлены верхние экраны, каждый из которых выполнен квазисферической формы и закрывает собой углы верхнего стержня и состоит из двух отдельных элементов, которые расположены торцами друг к другу и один из элементов выполнен с возможностью съема со средних экранов, нижние экраны, выполненные полусферической формы, установлены между стойками и закрывают углы нижнего стержня и зафиксированы к стойкам с помощью изоляционного материала, между соприкасаемыми поверхностями корпуса с крышкой и с цоколем введены самогерметизирующие разъемные соединения.

2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что емкостный экран имеет тарельчатую форму с закругленными краями.

3. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что один из элементов верхнего экрана соединен со средним экраном с помощью сварки, а съемный элемент выполнен с пружинными захватами.

4. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что нижние экраны выполнены с выемкой, которая служит для укладывания изоляционного материала.

5. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что межслоевая изоляция двух верхних катушек обмоток выполнена с помощью лавсановой пленки.

6. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что самогерметизирующие разъемные соединения состоят из резиновых прокладок, между которыми введена жидкая масса герметик.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22