Високовольтний каскадний трансформатор напруги

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к высоковольтным измерительным каскадным трансформаторам напряжения, заполненным диэлектрическим маслом и выполняемых без маслорасширителя. Задачей изобретения является упрощение конструкции, уменьшение габаритов трансформатора, снижение материалоемкости и трудоемкости изготовления, повышение надежности и электрической прочности. Технический результат, который получен при осуществлении изобретения: - упрощение конструкции (усовершенствование конструкции за счет невыполнения конструкции бака маслорасширителя), т.е. исключены острые углы в вер хней части каждого каскадного блока трансформатора, что выравнивает электрическое поле; повышение электрической прочности изоляционных промежутков; уменьшение материалоемкости, т.к. полностью исключается выполнение бака маслорасширителя и цоколя на каждом каскадном блоке трансформатора; - уменьшение объема диэлектрического масла внутри каждого каскадного блока; - уменьшение размера трансформатора по высоте (нет бака маслорасширителя и цоколя); - контролирование уровня диэлектрического масла, находящегося ниже уровня верхнего среза фарфоровой покрышки каскадного блока трансформатора и наблюдение за состоянием индикаторного силикагеля внутри корпуса воздухоосушителя за счет компактного расположения указателя уровня масла и воздухоосушителя на металлической крышке блока; повышение надежности за счет выравнивания электрического поля, что повышает электрическую прочность трансформатора в целом. Известен [1] каскадный трансформатор напряжения (Панченко В. В. Расчет и конструирование электрических аппаратов высокого напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1991. С.203, рис.11.6), который содержит двухстержневые магнитопроводы с размещением на каждом из стержней по одной ступени каскада. Каждый двухстержневой магнитопровод с обмотками конструктивно оформляется в виде отдельного каскадного блока. Каждый блок, установленный на основании, имеет фарфоровую покрышку, заполненную трансформаторным маслом, и маслорасширитель, устанавливаемый на крышку фар форовой покрышки. Отдельные блоки соединяются между собой электрически через изоляционные вводы, которые располагают на крышке маслорасширителя нижнего блока и на основании верхнего блока. Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: сложность конструкции (наличие металлического бака маслорасширителя); - повышенная материалоемкость (расход металла, большой объем диэлектрического масла); - повышенная трудоемкость изготовления; -из-за наличия бака маслорасширителя, цоколя и выступающего воздухоосушителя понижается электрическая прочность внешней изоляции; - пониженный класс точности; - сниженная надежность в эксплуатации (пробой изоляции). Известный каскадный трансформатор напряжения по а.с. СССР №1742873, кл. H01F40/04, заявл. 31.07.90, опубл. 23.06.92 [2] состоит из нескольких секций. В каждой секции имеется цоколь, маслорасширитель и воздухоосушитель, и фарфоровая покрышка. В верхней части трансформатора установлен экран. Каждая секция содержит магнитопровод и две высоковольтные многовитковые многослойные обмотки трапециевидного поперечного сечения. Каждая обмотка дополнительно содержит утолщенную изоляционную прокладку. Прокладка делит обмотку в поперечном сечении на нижнюю и верхнюю части. Обмотка имеет также межслоевую изоляцию. Дополнительная изоляционная прокладка состоит из отдельных узких полос, расположенных поперек направления намотки витков обмотки. Полосы изоляционной прокладки выполнены из кабельной бумаги шириной 50мм. Края изоляционной прокладки завернуты вокруг верхней части обмотки, представляя собой "шубу", выполненную в виде сплюснутого в радиальном направлении тороида, внутри которого размещается верхний участок обмотки, т.е. тороид расположен на нижнем участке обмотки. Обмотки каждой каскадной секции изготавливаются следующим образом: На бакелитовый цилиндр наматывается основное число витков нижнего участка обмотки, после чего укладывается изоляционная прокладка. На прокладку укладывается дополнительное число витков верхнего участка обмотки, затем прокладка заворачивается вокруг участка дополнительных витков с перекрытием слоев и фиксируется полосой кабельной бумаги (не показано). Таким образом, изоляционная прокладка располагается на нижнем участке основных витков обмотки и ею заворачивают верхний участок дополнительных витков с перекрытием слоев, т.е. прокладкой закрывается верхний участок дополнительных витков обмотки. Для придания обмотке заданной электрической прочности изоляционные промежутки усиливаются изоляционной прокладкой в виде "шубы", закрывающей дополнительное число витков верхнего участка, что позволяет поднять рабочее и испытательное напряжение на каждой секции и, в результате чего, появляется возможность уменьшить число каскадных секций в трансформаторе. Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: - сложность конструкции (наличие на каждом каскадном блоке металлической конструкции маслорасширителя); - повышенная материалоемкость; сниженная электрическая прочность трансформатора из-за наличия острых угло в в конструкции; - повышенная трудоемкость изготовления, Известный высоковольтный трансформатор напряжения по а.с. СССР №1700615, кл. H01F40/04, заявл. 04.12.89, опубл. 23.12.91 [3], взятый за прототип, содержит магнитопровод и установленные на его стержнях обмотки. Магнитопровод скреплен изоляционными стойками, которые раскрепляют его между нижним металлическим основанием и верхним металлическим основанием. Нижнее и верхнее основания установлены по торцам изоляционной оболочки. На нижнем основании закреплены трубчатые элементы и на верхнем основании трубчатые элементы. В верхней части стоек имеются отверстия, через которые проходят тяги. Тяги сопряжены с подвижной в вертикальной плоскости траверсой. Между траверсой и верхним основанием установлены пружины. Для регулировки усилия натяжения тяг служат резьбовая шпилька и гайка. Нижние концы стоек сопряжены во внутренней цилиндрической поверхности с трубчатыми элементами и скреплены с ними резьбовыми парами. Верхние концы стоек сопряжены по наружной цилиндрической поверхности с трубчатыми элементами. На верхнем и нижнем основаниях установлены герметизирующие прокладки. Оболочка вместе с расположенными внутри нее элементами заполнена диэлектриком. Трансформатор сверху закрыт крышкой. Трансформатор работает следующим образом. Магнитопровод с обмотками закреплен в средней части изоляционных стоек. При этом магнитопровод, обмотки и стойки не имеют соприкосновения с внутренней поверхностью изоляционной обмотки. Нижняя часть стоек жестко закреплена на нижнем основании, что позволяет получить упор для их натяжения. Стойки выполняют роль натянутых "стр ун", натяжение которых осуществляется пружинами, а регулируется вращением гаек по резьбе шпилек. Натяжное усилие от пружин передается к стойкам через подвижную траверсу и тягу. Пружины выполняют также роль автоматических компенсаторов изменений размеров изоляционной оболочки и других элементов конструкции. Трубчатые элементы служат направляющими для верхней части стоек, что обеспечивает их надежное крепление в горизонтальной плоскости и центрирует магнитопровод с обмотками внутри оболочки. Раскрепление магнитопровода с обмотками с помощью сильно натянуты х "стр ун" позволяет значительно увеличить надежность трансформатора в целом. Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: - сложность конструкции, - повышенный расход материала (металла, диэлектрического масла), снижение электрической надежности изоляционного промежутка между магнитопроводом и верхней крышкой, где импульсная напряженность достигает ~50%, чем на аналогичном промежутке между магнитопроводом и цоколем, - увеличение механической прочности в известной конструкции приводит к снижению электрической прочности и увеличению трудоемкости изготовления. В основу изобретения поставлена задача создания (или усовершенствования) высоковольтного каскадного трансформатора напряжения, в котором новое выполнение узла расширительной системы, устанавливаемого на металлическую крышку каскадного блока упрощает конструкцию трансформатора, уменьшает высоту трансформатора, повышает надежность и улучшает условия эксплуатации и снижает трудоемкость изготовления, что обеспечивает контроль за уровнем масла, находящегося ниже верхнего среза фарфоровой покрышки каскадного блока и повышает электрическую прочность трансформатора в целом и за счет этого уменьшается материалоемкость, т.е. полностью исключается выполнение металлического бака маслорасширителя и цоколя, уменьшается объем диэлектрического масла, выравнивается электрическое поле за счет отсутствия расширителя и цоколя, и установки экранов, повышается электрическая прочность изоляционных промежутков. Перечисляем конструктивные элементы (детали, узлы), которые являются общими с аналогом (или прототипом); Высоковольтный каскадный трансформатор напряжения состоит из устанавливаемых друг на друга каскадных блоков, каждый из которых содержит магнитопровод с обмотками внутри фарфоровой покрышки, заполненной диэлектрическим маслом и имеющей верхнюю металлическую крышку и основание, причем магнитопровод с обмотками закреплен к стойкам, нижние концы которых закреплены к прямоугольным пластинам основания; на крышке и основании установлены герметизирующие прокладки. Перечисляем конструктивные элементы (детали, узлы), которые впервые выполнены в заявляемом объекте: Каждый каскадный блок трансформатора дополнительно снабжен двухплечим рычагом маслоуказателя, керамическими изоляторами, металлическим экраном, который установлен сверху каждого каскадного блока и закреплен к торцам металлической крышки или к торцам основания последующего блока. Крышка дополнительно снабжена металлической камерой с патрубком, плоскими пластинами, держателем для сжимающей пружины, контактной пластиной, металлической бобышкой, планкой и кронштейном. Основание дополнительно снабжено короткими стойками и металлической бобышкой. Металлическая камера, плоские пластины, держатель для сжимающей пружины, контактная пластина и металлическая бобышка установлены сверху на крышке, при этом патрубок вмонтирован с одной стороны камеры и расположен параллельно плоскости крышки и на его торце установлен защитный корпус на время транспортировки. С другой стороны металлической камеры на крышке по линии ее диаметра, перпендикулярному патрубку, расположены вертикально плоские пластины, между которыми расположен держатель для сжимающей пружины. На нижней стороне крышки установлены планка и кронштейн, с помощью которых двухплечий рычаг маслоуказателя закреплен к крышке, при этом его длинное плечо расположено внутри каскадного блока, а короткое плечо проходит через отверстие в крышке в полость металлической камеры. На основании установлена металлическая бобышка, по одну и другую стороны которой в отверстиях основания размещены керамические изоляторы; к нижней стороне основания установлены короткие стойки с возможностью закрепления их с крышкой предыдущего каскадного блока. На боковой стенке металлической камеры закреплен керамический изолятор. На каскадном блоке установлен корпус воздухоосушителя. Плоские пластины выполнены с гнездом для размещения корпуса воздухоосушителя. В металлическом экране выполнены три отверстия для визуального наблюдения за маслоуказателем и воздухоосушителем. Углы магнитопровода закрыты экранами, которые установлены между его стойками. Экраны выполнены полусферической формы. Экраны выполнены с выемкой для фиксации на магнитопроводе. Короткие стойки основания представляют собой полую тр убу с круглой пятой. Через полую трубу стоек основания проходит шпилька. Причинно-следственная связь заключается в том, что вся вышеуказанная совокупность существенных признаков, как каждый в отдельности, так и вместе, обеспечивает выполнение поставленной задачи изобретения упрощение конструкции, уменьшение габаритов трансформатора, снижение материалоемкости, повышение надежности и электрической прочности, Характер проявления новых свойств изобретения: - поступательное движение поплавка в блоке образует вращательный поворот двухплечего рычага, движение которого определяет уровень диэлектрического масла в маслоуказатела: при этом осуществляется электрическое подсоединение каскадных блоков между собой и защита от попадания влаги с помощью воздухоосушителя. На фиг.1 и 2 показан каскадный трансформатор напряжения, состоящий из двух и трех каскадных блоков; на фиг.3 - общий вид верхнего или среднего каскадного блока трансформатора; на фиг.4 - каскадный блок трансформатора; на фиг.5 установка полусферического экрана на углы магнитопровода; на фиг.6 и 7 - полусферический экран; на фиг.8 сечение A - A на фиг.5; на фиг.9 - вид B на фиг.3; на фиг.10 - сечение C - C на фиг.3; на фиг.11 верхний каскадный блок трансформатора; на фиг.12 - вид D на фиг.1; на фиг.13 - металлическая крышка верхнего каскадного блока; на фиг.14 - вид F на фиг.13; на фиг.15 - металлическая крышка среднего каскадного блока; на фиг.16 - вид H по фиг.15, вид сверху; на фиг.17 - вид G по фиг.15, вид снизу; на фиг.18 - выноска I на фиг.13 и фиг.15; на фиг.19 - выноска II на фиг.17; на фиг.20 металлическое основание верхнего и среднего каскадных блоков трансформатора; на фиг.21 - вид M на фиг.20, вид сверху; на фиг.22 - вид P на фиг.20, вид снизу; на фиг.23 - выноска III на фиг.20; на фиг.24 - сечение R - R на фиг.20; на фиг.25 сечение S - S на фиг.21; на фиг.26 - металлический экран; на фиг.27 - сечение Y - Y на фиг.26. Изобретение - высоковольтный каскадный трансформатор напряжения состоит из отдельных каскадных блоков 1, 2, 3, устанавливаемых друг на друга, вер хний каскадный блок 1 - на средний (промежуточный) блок 2, а промежуточный - на нижний каскадный блок 3 (фиг.1 и 2). Активная часть трансформатора, т.е. магнитопровод 4 с обмотками 5 заключены внутри фарфоровой покрышки 6 каждого каскадного блока 1, 2, 3, заполненных диэлектрическим маслом 7. Магнитопровод 4 активной части трансформатора удерживается в покрышке 6 с помощью прессующи х стоек 8 (фиг.3 и 4). Углы магнитопровода 4 закрыты экранами 9, которые выполнены полусферической формы и установлены между прессующими стойками 8 (фиг.4 и 5 - 8). Полусферические экраны 9 выполнены с выемкой 10, служащей для фиксации экрана 9 на магнитопроводе 4 (фиг.8). Экранирование углов магнитопровода 4 повышает электрическую прочность трансформатора в целом, т.к. экраны 9 сглаживают углы магнитопровода 4 и снижается напряженность электрического поля на углах магнитопровода 4. Верхний каскадный или средний (промежуточный) или нижний блоки 1, 2, 3 сверху имеют металлическую крышку 11, а верхний и средний (промежуточный) каскадные блоки 1, 2 имеют нижнее основание в виде круглой металлической плиты 12, выполненной с короткими стойками 13, которые приварены к нижней стороне основания 12 (фиг.3, 9, 13, 20). На круглом основании 12 установлены вертикально металлические удерживающие прямоугольные пластины 14, служащие для соединения с прессующими стойками 8 магнитопровода 4 активной части (фиг.3, 20). Стойки 13 основания 12 устанавливаются на крышку 11 предыдущего каскадного блока 2, 3 с возможностью их закрепления. Металлическая крышка 11 установлена на фарфоровую крышку 6 каскадных блоков 1, 2, 3 и к ней закреплен двухплечий рычаг 15 маслоуказателя (фиг.3, 9, 12). На металлической крышке 11 установлена металлическая камера 16 для установки керамических изоляторов 17, с помощью которых каскадные блоки 2,3 трансформатора соединяются между собой электрически (фиг.9). С одной стороны в камеру 16 вмонтирован, параллельно плоскости крышки 11, металлический патрубок 18, к торцу которого крепится прозрачный стакан 19 маслоуказателя, закрытый защитным корпусом 20 (фиг.3, 9, 11) на время транспортировки трансформатора. Во время эксплуатации металлическая камера 16 закрыта специальной крышкой 21 (фиг.3). С другой стороны камеры 16 на крышке 11 по линии ее диаметра, перпендикулярному металлическому патрубку 16, через интервал установлены вертикально плоские пластины 22, выполненные с гнездом 23 для размещения воздухоосушителя 24, который выполнен в виде цилиндрического корпуса (фиг.9, 12). Между плоскими пластинами 22, в средней части, на крышке 11 установлен держатель 25, служащий для крепления сжимающей пружины 26 воздухоосушителя 24. Корпус воздухоосушителя 24 с помощью гибкого рукава 27 связывается с металлическим патрубком 18 (фиг.9, 12). К нижней стороне металлической крышки 11 крепится планка 28 и кронштейн 29, к которому подсоединяется двухплечий рычаг 15 маслоуказывателя. При этом на конце длинного плеча рычага 15 выполнен контактный элемент маслоуказателя в виде поплавка 30, касающийся диэлектрического масла 7 (фиг.3). Короткое плечо рычага 15 проходит через отверстие 31 в металлической крышке 11 в полость металлической камеры 16 (фиг.9, 12, 17, 19). На металлической крышке 11 верхнего каскадного блока 1 выполнена контактная пластина 32 для подсоединения высоковольтного ввода (не показан), подключающий трансформатор к высоковольтной цепи (фиг.11, 12, 13, 14). На металлической крышке 11 верхнего или среднего каскадных блоков 1, 2, 3 выполнена металлическая пробка 33, закрывающая отверстие 34 в крышке 11, служащее для заливки масла. На крышке 11 среднего (промежуточного) и нижнего блоков 2, 3 выполнена металлическая бобышка 35 для электрического подсоединения блоков 2, 3 между собой. В круглом основании 12 выполнено отверстие 36 для выхода маслосливного патрубка 37, на торце которого установлен вентиль 38, служащий для сливания диэлектрического масла 7 из фарфоровой покрышки 6. Также на основании 12 установлена металлическая бобышка 39 (фиг.20, 21, 22). В основании 12 выполнена кольцевая проточка 40, в которой установлена герметизирующая прокладка 41, служащая для уплотнения между фарфоровой покрышкой 6 и основанием 12 (фиг.20, 23, 3). Стойки 13 основания 12, устанавливаемые на крышку 11 среднего (промежуточного) каскадного блока 2 или нижнего блока 3, представляют собой полую тр убу с круглой пятой 42 (фиг.10, 20, 24). Через полую трубу стоек 13 проходит шпилька 43, с помощью которой соединяются каскадные блоки 1, 2, 3 между собой (фиг.20). Место стыков каскадных блоков 1, 2, 3 между собой закрывается металлическим экраном 44, который закреплен к торцам круглого основания 12 и к торцам металлической крышки 11 (фиг.1, 2, 3). Сверху верхний каскадный блок 1 закрывается таким же металлическим экраном 44, который закреплен к торцам металлической крышки 11 (фиг.11). В металлическом экране 44 выполнены овальные прорези 45, через которые проходят винты для крепления (не показаны). В металлическом экране 44 выполняются три отверстия 46, 47 для визуального наблюдения через стекло воздухоосушителя 24 и за прозрачным стаканом 19 маслоуказателя (фиг.26, 27). Через отверстия 46 в металлическом экране 44 наблюдают за состоянием индикаторного силикагеля с двух сторон воздухоосуши теля 24, а через отверстие 47 за прозрачным стаканом 19 маслоуказателя. С нижней стороны металлической крышки 11 выполняется проточка 48 под герметизирующую прокладку (не показана, фиг.18). Одни из выводных концов 49 трансформатора присоединены к керамическим изоляторам 50, которые установлены в отверстиях 51 круглого основания 12 (фиг.3, 21). Другие вводные концы 49 трансформатора присоединены к бобышке 39 на основании 12. Нижний каскадный блок устанавливается на металлический цоколь 52 (фиг.1, 2). Для крепления смотровых стекол на концах воздухоосушителя 24 установлены накидные съемные гайки 53 (фиг.9). Заявляемый каскадный высоковольтный трансформатор напряжения работает следующим образом: Магнитопровод 4 с обмотками 5 закреплен к прессующим стойкам 8, нижние концы которых крепятся к прямоугольным пластинам 14 на основании 12. На герметизирующую прокладку 41 основания 12 установлена фарфоровая покрышка 6, при этом магнитопровод 4, обмотка 5 и прессующие стойки 8 не соприкасаются с внутренней поверхностью фарфоровой покрышки 6. Сверху фарфоровой покрышки б установлена металлическая крышка 11, при этом верхние отводы 54 обмотки 5 протянуты через отверстия 55 в металлическую камеру 16 и подсоединены к керамическим изоляторам 17. Одни выводные концы 49 от обмоток 5 подсоединены к металлической бобышке 39 на основании 12, посредством которой каскадные блоки электрически соединены между собой. Другие выводные концы 49 подсоединены к керамическим изоляторам 50. Двухплечий рычаг 15 маслоуказателя шарнирно закреплен к кронштейну 29 с нижней стороны крышки 11, при этом длинное плечо рычага 15 связывается с планкой 28 на нижней стороне крышки 11 для исключения болтания рычага 15. Металлическая камера 16 герметично закрывается крышкой 21. В гнездо 23 плоских пластин 22 устанавливается корпус воздухоосушителя 24, который фиксируется сжимающей пружиной 26. Заявляемый высоковольтный каскадный трансформатор напряжения позволяет: - упростить конструкцию; - уменьшить материалоемкость; - уменьшить объем диэлектрического масла в трансформаторе; - контролировать уровень масла, находящегося ниже уровня верхнего среза фарфоровой покрышки каскадного блока; - повысить надежность (исключены к.з., пробой изоляции); повысить механическую прочность конструкции трансформатора в целом за счет предыдущего опыта эксплуатации.