RU2305340C1 - Outdoor high-voltage current transformer - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: proposed transformer has cylindrical metal case filled with insulating medium and mounted on supporting/insulating cylindrical shell; case accommodates primary winding in the form of straight conductor and secondary winding built around toroidal magnetic circuits. Windings are enclosed with toroidal shield. The latter is mounted on top end of metal supporting tube with secondary winding leads passes through its inner space. Bottom end of tube is secured on base of metal case perpendicular to secondary-winding axis. Primary winding is installed along secondary-winding axis and its leads are secured on cylindrical wall of metal case. Transformer also has cylindrical insulating column of high-strength material secured within insulating shell coaxially to metal supporting tube. Cylindrical insulating column has great-diameter through hole providing communication of space formed between supporting/insulating shell and cylindrical insulating column with space formed between metal supporting tube and cylindrical insulating column of high-strength material, as well as with inner space of metal case.

EFFECT: simplified design, facilitated manufacture.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании измерительных трансформаторов тока высоких и сверхвысоких напряжений с изоляционным заполнением.The invention relates to electrical engineering and can be used in the design of measuring current transformers of high and ultra-high voltage with insulating filling.

Известен высоковольтный трансформатор наружной установки, содержащий металлический корпус, установленный на изоляционной опорной колонке и заполненный изолирующей средой, в котором размещены первичная обмотка в виде прямолинейного проводника, вторичные обмотка на тороидальных магнитопроводах, охваченные тороидальным электростатическим экраном, и система дистанцирования вторичных обмоток с экраном относительно первичной обмотки и корпуса, выполненная в виде трех изоляционных втулок, расположенных в радиальном направлении по внешнему периметру тороидального электростатического экрана под углом 120° и прикрепленных с одной стороны к цилиндрической стенке корпуса, а с другой стороны - к хомутам, встроенным во вторичные обмотки с экраном, закрепленным на тех же хомутах [1].A high-voltage outdoor transformer is known, comprising a metal casing mounted on an insulating support column and filled with an insulating medium, in which a primary winding in the form of a rectilinear conductor is located, secondary windings on toroidal magnetic circuits covered by a toroidal electrostatic screen, and a secondary winding distance system with a screen relative to the primary windings and cases made in the form of three insulating sleeves located in the radial direction along the outer it to the perimeter of the toroidal electrostatic screen at an angle of 120 ° and attached on one side to the cylindrical wall of the housing, and on the other hand, to clamps embedded in the secondary windings with a screen mounted on the same clamps [1].

Однако надежности данного трансформатора оказывается недостаточной, а конструкция его сложна в изготовлении. При такой конструкции трансформатора изоляционные втулки выполняют одновременно функции радиальных растяжек, фиксирующих положение массивного комплекта низковольтных вторичных обмоток (с магнитопроводами и экраном) относительно первичной обмотки и корпуса, имеющих высокий потенциал. Находясь под воздействием полного напряжения (рабочего и испытательного) и больших механических нагрузок, изоляционные втулки и их крепление должны удовлетворять, с одной стороны, требованиям обеспечения необходимой электрической прочности изоляционной системы, с другой, требованиям механической прочности и жесткости крепления, включая обеспечение минимально возможного эксцентриситета комплекта вторичных обмоток с экраном относительно проводника первичной обмотки и вертикальной опорной металлической трубы относительно корпуса. Выполнение этих требований связано с повышенными требованиями к характеристикам материала изоляционных втулок и к качеству их исполнения, к точности весьма трудоемкой сборки их с корпусом и комплектом вторичных обмоток, с усложнением конструкции, т.е. требуется встраивание усиленных хомутов по периметру вторичных обмоток, повышение прочности стенок корпуса за счет толщины используемого материала или введение дополнительных элементов жесткости наряду с узлами крепления втулок. При этом распределенные по периметру экрана изоляционные втулки механически соединяют изолируемые друг от друга элементы, что создает условия для возникновения частичных и поверхностных разрядов при превышении критической величины напряженности поля вдоль поверхности. Для предотвращения этих явлений приходится идти на усложнение конфигурации изоляционных втулок или дополнительно увеличивать изоляционное расстояние между корпусом и комплектом вторичных обмоток с электростатическим экраном, учитывая, что целостность экрана в местах крепления втулок нарушается и снижается эффективность его влияния на равномерность поля по всему периметру. Перечисленные обстоятельства затрудняют достижение требуемой надежности трансформатора тока, приводят к усложнению его конструкции и технологии изготовления и повышению его стоимости.However, the reliability of this transformer is insufficient, and its design is difficult to manufacture. With this design of the transformer, the insulating sleeves simultaneously perform the functions of radial stretch marks, fixing the position of the massive set of low-voltage secondary windings (with magnetic circuits and screen) relative to the primary winding and the housing with high potential. Under the influence of full voltage (working and test) and high mechanical loads, the insulating sleeves and their fastening must satisfy, on the one hand, the requirements for ensuring the necessary electrical strength of the insulation system, and on the other hand, the requirements for mechanical strength and rigidity of fastening, including ensuring the smallest possible eccentricity a set of secondary windings with a screen relative to the conductor of the primary winding and a vertical support metal pipe relative to the housing. The fulfillment of these requirements is associated with increased requirements for the characteristics of the material of the insulating sleeves and the quality of their performance, the accuracy of their very laborious assembly with the housing and a set of secondary windings, with a complication of design, i.e. it is necessary to incorporate reinforced clamps around the perimeter of the secondary windings, increase the strength of the walls of the housing due to the thickness of the material used, or introduce additional stiffeners along with the attachment points of the bushings. At the same time, insulating sleeves distributed around the perimeter of the screen mechanically connect the elements insulated from each other, which creates the conditions for the occurrence of partial and surface discharges when the critical value of the field strength along the surface is exceeded. To prevent these phenomena, it is necessary to complicate the configuration of the insulating bushings or to additionally increase the insulating distance between the housing and the set of secondary windings with an electrostatic shield, given that the integrity of the screen at the mounting points of the bushings is violated and its effectiveness on the uniformity of the field around the perimeter is reduced. These circumstances make it difficult to achieve the required reliability of the current transformer, lead to the complication of its design and manufacturing technology and increase its cost.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является высоковольтный трансформатор тока наружной установки, содержащий установленный на изоляционном опорном цилиндрическом кожухе заполненный изолирующей средой металлический корпус, выполненный в виде цилиндра, в котором размещены первичная обмотка в виде прямолинейного проводника и вторичные обмотки на тороидальных магнитопроводах, причем первичная обмотка установлена по оси вторичных обмоток и закреплена выходящими наружу концами на боковых стенках корпуса, а вторичные обмотки охвачены тороидальным экраном, закрепленным на верхнем конце опорной полой стойки, выполненной в виде усеченного конуса, внутри которого проходят отводы вторичных обмоток, а нижний конец конуса закреплен на основании металлического корпуса перпендикулярно оси вторичных обмоток; при этом опорная конусная стойка размещена внутри изоляционной цилиндрической колонки из высокопрочного материала, герметично закрепленной внутри опорного изоляционного цилиндрического кожуха [2].The closest in technical essence and the achieved result is a high-voltage outdoor current transformer containing a metal housing mounted on an insulating support cylindrical casing, made in the form of a cylinder, in which a primary winding in the form of a rectilinear conductor and secondary windings on toroidal magnetic circuits are placed, moreover the primary winding is installed along the axis of the secondary windings and is fixed by the outgoing ends on the side walls of the housing a, and the secondary winding are covered by a toroidal screen attached to the upper end of the support rack of the hollow shaped as a truncated cone, within which tested taps of the secondary windings, and the bottom end of the cone is fixed on the basis of the metal body perpendicular to the axis of the secondary windings; in this case, the support conical rack is placed inside the insulating cylindrical column of high-strength material, hermetically fixed inside the supporting insulating cylindrical casing [2].

Установка внутри опорного цилиндрического кожуха изоляционной колонки из высокопрочного материала, герметично закрепленной внутри опорного изоляционного цилиндрического кожуха, приводит к тому, что объем, заключенный между опорным изоляционным цилиндрическим кожухом и опорной изоляционной цилиндрической колонкой из высокопрочного материала, и объем между опорной цилиндрической колонкой из высокопрочного материала и опорной металлической трубой, а также объем внутри металлического корпуса должны заполняться и откачиваться отдельно и давление газа в каждом объеме должно контролироваться отдельно.The installation inside the supporting cylindrical casing of an insulating column of high-strength material sealed inside the supporting insulating cylindrical casing leads to the volume enclosed between the supporting insulating cylindrical casing and the supporting insulating cylindrical column of high-strength material and the volume between the supporting cylindrical column of high-strength material and the supporting metal pipe, as well as the volume inside the metal case, the department must be filled and pumped out but also the gas pressure in each screen must be monitored separately.

Перечисленные обстоятельства приводят к усложнению конструкции и технологии изготовления и повышению стоимости трансформатора тока. Задачей данного изобретения является упрощение его конструкции и технологии его изготовления.These circumstances lead to a complication of the design and manufacturing technology and an increase in the cost of a current transformer. The objective of the invention is to simplify its design and technology for its manufacture.

Решение задачи достигается таким образом, что высоковольтный трансформатор тока наружной установки, содержащий установленный на изоляционном опорном цилиндрическом кожухе заполненный изолирующей средой металлический корпус, выполненный в виде цилиндра, в котором размещены первичная обмотка в виде прямолинейного проводника и вторичные обмотки на тороидальных магнитопроводах, причем первичная обмотка установлена по оси вторичных обмоток и закреплена выходящими наружу концами на цилиндрической стенке металлического корпуса, а вторичные обмотки охвачены тороидальным экраном, закрепленным на верхнем конце опорной металлической трубы, в полости которой проходят отводы вторичных обмоток, а нижний конец трубы закреплен на основании металлического корпуса перпендикулярно оси вторичных обмоток, также содержит изоляционную цилиндрическую колонку из высокопрочного материала, в стенке которой дополнительно выполнено отверстие, диаметр которого позволяет одновременно заполнять оба объема и поддерживать в них одинаковое давление при нормальной эксплуатации.The solution to the problem is achieved in such a way that a high-voltage current transformer of the outdoor installation, comprising a metal housing mounted on an insulating support cylindrical casing, made in the form of a cylinder, in which the primary winding is in the form of a rectilinear conductor and the secondary windings are on toroidal magnetic cores, and the primary winding mounted along the axis of the secondary windings and secured with outgoing ends on the cylindrical wall of the metal casing, and the second the windings are covered by a toroidal screen fixed on the upper end of the supporting metal pipe, in the cavity of which the secondary windings extend, and the lower end of the pipe is fixed on the base of the metal casing perpendicular to the axis of the secondary windings, also contains an insulating cylindrical column of high-strength material, the wall of which is additionally made a hole whose diameter allows you to simultaneously fill both volumes and maintain the same pressure in them during normal operation.

При резком повышении давления в объеме между опорной цилиндрической колонкой из высокопрочного материала и опорной металлической трубой, а также внутри металлического корпуса давление из-за малого диаметра сквозного отверстия не сможет быстро передаться в объем между опорным изоляционным кожухом и опорной изоляционной цилиндрической колонкой из высокопрочного материала.With a sharp increase in pressure in the volume between the supporting cylindrical column of high-strength material and the supporting metal pipe, as well as inside the metal casing, pressure due to the small diameter of the through hole cannot quickly be transferred to the volume between the supporting insulating casing and the supporting insulating cylindrical column of high-strength material.

Изоляционная цилиндрическая колонка из высокопрочного материала, закрепленная внутри изоляционного опорного цилиндрического кожуха, расположена соосно с опорной металлической трубой, установленной внутри опорной полой стойки, концы нижнего основания которой прикреплены к основанию изоляционной цилиндрической колонки, а верхнее основание выполнено с отверстием, в котором закреплена проходящая через него опорная металлическая труба.An insulating cylindrical column made of high-strength material, fixed inside the insulating supporting cylindrical casing, is located coaxially with the supporting metal pipe installed inside the supporting hollow pillar, the ends of the lower base of which are attached to the base of the insulating cylindrical column, and the upper base is made with a hole in which passing through him supporting metal pipe.

На чертеже представлен в разрезе высоковольтный трансформатор тока, выполненный согласно данному изобретению.The drawing shows in section a high-voltage current transformer made according to this invention.

Высоковольтный трансформатор тока наружной установки содержит металлический корпус 1, выполненный в виде цилиндра, в котором размещены первичная обмотка 2 в виде прямолинейного проводника и вторичные обмотки 3 на тороидальных магнитопроводах, причем обмотка 2 установлена по оси обмоток 3, охваченных тороидальным электростатическим экраном 4. Обмотка 2 закреплена одним выходящим наружу концом в цилиндрической стенке 5 корпуса 1 и имеет с корпусом 1 одинаковый потенциал, а другим - в противоположной части корпуса 1 посредством изолирующей втулки 6. Трансформатор содержит также опорную полую конусную стойку 7, концы нижнего основания которой прикреплены к основанию 8 трансформатора, а через отверстие в верхнем основании конусной стойки проходит опорная металлическая труба 9. Трансформатор содержит изоляционную цилиндрическую колонку 10 из высокопрочного материала с отверстием 11 в стенке колонки, закрепленную внутри изоляционного опорного цилиндрического кожуха 12, на котором установлен металлический корпус 1.The outdoor high-voltage current transformer contains a metal housing 1 made in the form of a cylinder, in which the primary winding 2 is placed in the form of a rectilinear conductor and the secondary windings 3 on the toroidal magnetic circuits, and the winding 2 is installed along the axis of the windings 3 covered by a toroidal electrostatic screen 4. Winding 2 it is fixed by one outward-facing end in the cylindrical wall 5 of the housing 1 and has the same potential with the housing 1, and the other in the opposite part of the housing 1 by means of an insulating w 6. Transformer also contains a supporting hollow conical rack 7, the ends of the lower base of which are attached to the base 8 of the transformer, and a supporting metal pipe 9 passes through the hole in the upper base of the conical rack 9. The transformer contains an insulating cylindrical column 10 of high-strength material with an opening 11 in the wall columns fixed inside the insulating support cylindrical casing 12, on which the metal housing 1 is mounted.

Причем цилиндрический кожух 12 и изоляционная цилиндрическая колонка 10 расположены соосно с опорной металлической трубой 9 и опорной полой стойкой 7. Металлическое основание 8 закреплено на подставке 13 трансформатора. Отводы 14 вторичных обмоток 3 проходят внутри вертикальной опорной металлической трубы 9.Moreover, the cylindrical casing 12 and the insulating cylindrical column 10 are aligned with the supporting metal pipe 9 and the supporting hollow column 7. The metal base 8 is mounted on the stand 13 of the transformer. Taps 14 of the secondary windings 3 pass inside a vertical supporting metal pipe 9.

Объем, в котором расположена первичная обмотка 2, вторичные обмотки 3, вертикальная опорная металлическая труба и система механического крепления и дистанцирования в виде опорной полой стойки 7, отделен от внутренней поверхности опорного кожуха 12 изоляционной цилиндрической колонкой 10 из высокопрочного материала с отверстием небольшого диаметра 11 в стенке.The volume in which the primary winding 2, the secondary windings 3, the vertical support metal pipe, and the mechanical fastening and spacing system in the form of a support hollow rack 7 is located is separated from the inner surface of the support casing 12 by an insulating cylindrical column 10 of high-strength material with a small diameter hole 11 in the wall.

Введение высокопрочной изоляционной колонки 10 с отверстием небольшого диаметра 11 в стенке, разделяющей объем трансформатора на 2 части, с одной стороны, исключает воздействие высокого давления изолирующего газа или высокого давления газа, образовавшегося в случае разложения масла при возникновении дугового замыкания внутри трансформатора тока, на стенки изоляционного опорного кожуха 12, выполненного из изоляционного материала с невысокой механической прочностью, например фарфора, а с другой стороны, позволяет одновременно заполнять и откачивать оба объема и поддерживать в них одинаковое давление при нормальной эксплуатации.The introduction of a high-strength insulating column 10 with a small diameter hole 11 in the wall dividing the transformer volume into 2 parts, on the one hand, eliminates the effect of high insulating gas pressure or high gas pressure generated in the event of oil decomposition in the event of an arc fault inside the current transformer on the walls insulating support casing 12, made of insulating material with low mechanical strength, such as porcelain, and on the other hand, allows you to simultaneously fill and pump out both volumes and maintain the same pressure in them during normal operation.

Таким образом, предлагаемый высоковольтный трансформатор тока по сравнению с прототипом обладает такой же механической прочностью, но более простой конструкцией и меньшей трудоемкостью в изготовлении.Thus, the proposed high-voltage current transformer in comparison with the prototype has the same mechanical strength, but a simpler design and less laborious to manufacture.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство SU 1805784, кл. H01F 38/28, 1995.1. Copyright certificate SU 1805784, cl. H01F 38/28, 1995.

2. Патент RU 2118008, кл. H01F 38/30, 1997.2. Patent RU 2118008, cl. H01F 38/30, 1997.

Claims (1)

Высоковольтный трансформатор тока наружной установки, содержащий установленный на изоляционном опорном цилиндрическом кожухе, заполненный изолирующей средой металлический корпус, выполненный в виде цилиндра, в котором размещены первичная и вторичная обмотки, причем первичная обмотка выполнена в виде прямолинейного проводника, установленного по оси вторичной обмотки и закрепленного концами на цилиндрической стенке металлического корпуса, причем одним из концов - посредством изолирующей втулки, а вторичная обмотка выполнена на тороидальных магнитопроводах, охваченных тороидальным электростатическим экраном, закрепленным на верхнем конце опорной металлической трубы, в полости которой проходят отводы вторичной обмотки, а нижний конец трубы закреплен на основании перпендикулярно оси вторичной обмотки, отличающийся тем, что он содержит закрепленную внутри изоляционного кожуха соосно с опорной полой стойкой изоляционную цилиндрическую колонку из высокопрочного материала, в стенке которой дополнительно проделано отверстие небольшого диаметра.A high-voltage outdoor current transformer comprising a metal housing mounted on an insulating support cylindrical casing, filled with an insulating medium, in the form of a cylinder, in which the primary and secondary windings are located, the primary winding made in the form of a rectilinear conductor mounted along the axis of the secondary winding and fixed by the ends on the cylindrical wall of the metal casing, with one of the ends by means of an insulating sleeve, and the secondary winding is made on a toro distant magnetic circuits, covered by a toroidal electrostatic screen, mounted on the upper end of the supporting metal pipe, in the cavity of which the secondary windings pass, and the lower end of the pipe is fixed on the base perpendicular to the axis of the secondary winding, characterized in that it contains coaxially with the support hollow inside the insulating casing resistant insulating cylindrical column of high strength material, in the wall of which an additional hole of small diameter was made.