Вимірювальний трифазний трансформатор напруги

1. Вимірювальний трифазний трансформатор напруги, що містить металевий корпус, в якому розміщена активна частина трансформатора, яка складена з розташованих в горизонтальній площині броньових магнітопроводів та трьох високовольтних струмопровідних обмоток, при цьому на кришці трансформатора встановлені високовольтні та низьковольтні вводи, який відрізняється тим, що в трансформаторі виконані два броньових магнітопроводи, в верхній частині корпуса трансформатора встановлений броньовий магнітопровід, виконаний двострижневим і на стрижнях якого симетрично розміщені дві первинні високовольтні струмопровідні обмотки, в нижній частині корпуса трансформатора встановлений другий броньовий магнітопровід, на стрижні якого розміщена третя первинна високовольтна струмопровідна обмотка, броньові магнітопроводи установлені один над іншим, при цьому нижній магнітопровід висить на верхньому магнітопроводі або на кришці, високовольтна струмопровідна обмотка нижнього магнітопроводу в площині розміщена між двома високовольтними струмопровідними обмотками верхнього магнітопроводу, броньові магнітопроводи мають верхні та нижні стягуючі пристрої, які з'єднані між собою за допомогою вузлів кріплення бандажами, розташованими в декількох місцях на верхньому стягуючому пристрої, на кришці трансформатора висить верхній броньовий магнітопровід, дві осі високовольтних вводів зміщені відносно осей високовольтних струмопровідних обмоток верхнього магнітопроводу, третя вісь високовольтного вводу розташована по центру високовольтної струмопровідної обмотки нижнього магнітопроводу. A (54) ВИМІРЮВАЛЬНИЙ ТРИФАЗНИЙ ТРАНСФОРМАТОР НАПРУГИ 32253 Винахід належить до галузі електротехніки, зокрема конструкції високовольтного вимірювального трифазного трансформатора напруги 6-10 кВ, призначеного вимірювати напругу та здійснювати контроль ізоляції високовольтних мереж з ізольованою нейтралю. Відомий трифазний триобмоточний трансформатор напруги (див.: Димков О.М., Кібель В.М., Тішенін Ю.В. Трансформатори напруги. - М.: Енергія, 1975. - С. 63, мал. 4-8), взятий за прототип, складається з трьох однофазових матнітопроводів (активна частина), розміщених в одному металевому корпусі, який заповнений трансформаторним маслом. Трифазний трансформатор складається з трьох однофазових броньових магнітопроводів. Магнітопроводи збираються (шихтуються) з окремих пластин електротехнічної сталі. Переріз стержнів має ступінчастий вид, переріз ярем прямокутний. На стержнях магнітопроводів розміщені високовольтні обмотки. Первинні та основні вторинні обмотки являють собою трифазні обмотки V-образного з'єднання двох фаз у відкритий трикутник. Додаткові вторинні обмотки з'єднані в розірваний трикутник, при цьому два відводи обмотки виводяться на кришку корпуса. Високовольтні обмотки трансформатора являють собою багатошарові обмотки. Багатошарові первинні обмотки трансформаторів забезпечені електростатичними ємкісними екранами для зниження перенапруг при перехідних процесах. На кришці трансформатора змонтовані високовольтні та низьковольтні вводи, які з'єднані з відповідними відводами високовольтних та низьковольтних обмоток. Трансформатор призначений виробляти та пересилати сигнал до засобів вимірювання та обліку пристроям захисту або керування в високовольтних мережах з ізольованою нейтралю або заземлених за допомогою дугогасящого реактора. Згідно вибраному прототипу, вимірювальний трифазний трансформатор напруги містить металевий корпус, в якому розміщена активна частина трансформатора, яка складається з розташованих в горизонтальній площині трьох броньових магнітопроводів трьох високовольтних струмопровідних обмоток, при цьому на кришці трансформатора встановлені високовольтні і низьковольтні відводи. Недоліками прототипу є: - складність конструкції (великі габарити, підвищена витрата трансформаторного масла, збільшена маса сталі); - важкі умови роботи трансформатора; - можливі теплові руйнування ізоляції високовольтних обмоток внаслідок перегріву значними струмами перехідних процесів при перемежовуючий дузі в мережі, що виводить трансформатор з ладу; - можливий перекос фазних напруг, довільне зміщення нейтралі, погіршення метрологічних характеристик трансформатора і т.п.; - наступний розвиток ферорезонансних процесів вимірювального трансформатора напруги приводить до пошкодження їх високовольтних обмоток значними струмами ферорезонансу та вимкнення секції зі всіма навантаженнями; - негативні вплив перенапруг перемежующи хся дуг однофазних заземлень на ізоляцію всієї електрично зв'язаної мережі, призводить до багатомісцевих однофазних заземлень інших фаз, порушенню селективності роботи релейного захисту. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення високовольтного вимірювального трифазного трансформатора напруги, в якому нове виконання стяжці магнітопроводів активної частини трансформатора за допомогою стягуючи х пристроїв та вузлів кріплення бандажами, які розміщені в кількох місцях стягуючи х пристроїв, за винятком кутів, що створює більш ефективне використання перерізу магнітопроводів, покращує умови експлуатації, за рахунок цього трансформатор надійно працює в аварійних режимах мережі, зокрема, при однофазних металевих заземлень мережі на землю без обмеження тривалості та замикання через перемежовуючу дугу протягом 8 годин; досягається отримання більш вирівняних лінеаризованих характеристик намагнічування при аварійних режимах. Рішення цієї задачі забезпечує вимірювальний трифазний трансформатор напруги, який має металевий корпус, в якому розміщена активна частина трансформатора, яка складена з розташованих в горизонтальній площині броньових магнітопроводів та трьох високовольтних струмопровідних обмоток, при цьому на кришці трансформатора встановлені високовольтні та низьковольтні вводи, за рахунок того, що: - в трансформаторі виконані два броньових магнітопровода; - в верхній частині корпуса трансформатора встановлен броньовий магнітопровод, виконаний двохстержньовим і на стержнях якого симетрично розміщені дві первинні високовольтні струмопровідні обмотки; - в нижній частині корпуса трансформатора встановлений другий броньовий магнітопровод, на стержні якого розміщена третя первинна високовольтна струмопровідна обмотка. Також, броньові магнітопроводи установлені один над іншим, при цьому нижній магнітопровод висить на верхньому магнітопроводі або на кришці. Високовольтна струмопровідна обмотка нижнього магнітопровода в площині розміщена між двома високовольтними струмопровідними обмотками верхнього магнітопровода. Броньові магнітопроводи мають верхні та нижні стягуючі пристрої, які з'єднані між собою за допомогою вузлів кріплення бандажами, розташованими в декількох місцях на верхньому стягуючому пристрої. На кришці трансформатора висить верхній броньовий магнітопровод. Дві осі високовольтних вводів зміщені відносно осей високовольтних струмопровідних обмоток верхнього магнітопровода. Третя ось високовольтного вводу розташована по центру високовольтної струмопровідної обмотки нижнього магнітопровода. 2 32253 Стягуючі пристрої виконані в вигляді металевих рам або пресуючих плит. Металеві рами виконані з швелерів або кутового профілю, або пластин. Вузол кріплення бандажами містить склобандажні стрічки та пластини з сполучними елементами. Пластини з сполучними елементами виконані з різьбовими отворами. Пластини з сполучними елементами встановлені на верхніх стягуючих пристроях броньових магнітопроводів. Склобандажні стрічки виконані з можливістю проходження крізь сполучні елементи пластин. Одні із пластин з сполучними елементами виконані в вигляді металевих квадратних брусків. Пластини з сполучними елементами розміщені одна навпроти іншої або стягнуті між собою за допомогою болтів, що проходять крізь різьбові отвори. Між броньовими магнітопроводами та стягуючими пристроями встановлена прокладка. В броньових магнітопроводах встановлена стрічка із міді. Між стягуючими пристроями броньових магнітопроводів розміщені перемички для електричного контакту. Перемички виконані із проводу. В трансформаторі можливий варіант виконання витих магнітопроводів. Зазначений технічний результат досягається за рахунок того, що: - спрощена та вдосконалена конструкція трансформатора - зменшені габарити трансформатора, знижена матеріалоємкість та покрашена герметизація, збільшені ізоляційні відстані за рахунок зміщення осей високовольтних вводів, підвищена тривалість до механічних пошкоджень при транспортуванні; - трансформатор витримує однофазові металеві замикання мережі на землю без обмеження тривалості, а замикання через перемежовуючу дугу протягом 8 годин; - підвищена надійність трансформатора, знижена кутова похибка за рахунок рівномірної стяжки магнітопроводів за допомогою стягуючи х пристроїв вузлами кріплення бандажами та відсутності отвору під стяжні шпильки; - досягнуті однаковий потенціал на магнітопроводах за рахунок використання перемичок, що забезпечують надійний електричний контакт із стягуючими пристроями; - спрощена зборка трансформатора, так як можлива установка повністю зібраної активної частини трансформатора (висить на кришці) в корпус; - збільшений строк служби трансформатора (знижена аварійність, знижена імовірність пошкодження при короткому замиканні в високовольтній мережі); - трансформатор служить для контролю ізоляції в три фазних мережах змінної напруги; - підвищена якість трансформатора та покращен його естетичний вид; - забезпечено надійне стягування магнітопроводів за рахунок сполучення металевих стягую чих пристроїв за допомогою вузлів кріплення бандажами; - покрашені магнітні характеристики за рахунок якісного стягування магнітопроводів за допомогою вузлів кріплення бандажами, що зменшує забезпечено розсіювання магнітного потоку за рахунок зменшення повітряних проміжків. Запропонований трансформатор напруги знайде широке застосування в електричних мережах України та володіє високою точністю вимірів. Використання трансформатора напруги забезпечить енергомережі України та СНД надійними електричними апаратами та дозволить точніше підрахувати сплату за електроенергію споживачами, що дає економічну користь. Запропонований вимірювальний трифазний трансформатор напруги пояснюється графічно, де: фіг. 1, фіг. 2 - вимірювальний трифазний трансформатор напруги, загальний вид; фіг. 3 - верхній броньовий магнітопровід з високовольтними струмопровідними обмотками; фіг. 4 - вид А по фіг. 3; фіг. 5 - вижній броньовий магнітопровід з високовольтно струмопровідною обмоткою; фіг. 6 - вид В по фіг. 5; фіг. 7 - переріз С-С по фіг. 4; фіг. 8 - переріз Д-Д по фіг. 6; фіг. 9, фіг. 10, фіг. 11 - пластини вузлів кріплення бандажами; фіг. 12, фіг. 13 - пластини електротехнічної сталі для шихтовки нижнього броньового магнітопровода. З винаходу вимірювальний трифазний трансформатор напруги має розміщену в металевому корпусі 1 активну частину, що складається з двох розташованих в горизонтальних площинах броньових шихтованих магнітопроводів 2 і 3, встановлених на двох рівнях, та трьох високовольтних обмоток 4, 5, 6 (див. фіг. 1, фіг. 2, фіг 3, фіг. 4, фіг. 5, фіг. 6). Металевий корпус заповнений ізоляційною рідиною 7 та на ньому встановлена металева кришка 8 (див. фіг. 1, фіг. 2). Броньові шихтовані магнітопроводи 2 та 3 розміщені на певній відстані один над іншим, на броньових магнітопроводах 2 і 3 встановлені стягуючі пристрої в вигляді металевих рам 9 і 10 або пресуючи х плит (див. фіг. 3, фіг. 4, фіг. 4, фіг. 5, фіг. 6). В верхній частині корпуса 1 розміщений броньовий шихтований магнітопровід 2, що виконаний з двома стержнями 11 та 12, двома боковими та торцевими ярмами 13 та 14 (див. фіг. 3, фіг. 4). На стержнях 11 та 12 верхнього магнітопровода 2 симетрично встановлені первинні високовольтні струмопровідні обмотки 4 і 5, що виконані з високовольтними та низьковольтними виводами 15 та 16 (див. фіг. 1, фіг. 2, фіг 3, фіг. 4). В нижній частині корпуса 1 трансформатора розміщен броньовий шихтований магнітопровід 3, що виконаний з одним стержнем 17 та двома боковими та торцевими ярмами 18 та 19 (див. фіг. 1, фіг. 2, фіг. 5, фіг. 6). На стержні 17 нижнього магнітопровода 3 розміщена первинна високовольтна струмопровідна обмотка 6 із високовольтним та низьковольтним відводами 20 і 21. 3 32253 Високовольтна струмопровідна обмотка 6 нижнього магнітопровода 3 в площині розміщена між двома високовольтними струмопровідними обмотками 4, 5 верхнього магнітопровода 2 (див. фіг. 1). На кришці 8 трансформатора встановлені високовольтні та низьковольтні вводи 22 та 23, що призначені для введення та знімання високої напруги (див. фіг. 1, фіг. 2). Високовольтні та низьковольтні відводи 15, 16, 20, 21 високовольтних струмопровідних обмоток 4, 5, 6 електрично з'єднані з відповідними високовольтними та низьковольтними вводами 22 і 23 на кришці 8. Ізолятори 24 високовольтних вводів 22 жорстко кріпляться на кришці 8 за допомогою металевих фланців 25 та шпилек 26 (див. фіг. 1, фіг. 2). Всередині трансформатора на кришці 8 існують нижні бобишки 27. Високовольтні відводи 15 високовольтних струмопровідних обмоток 4, 5 з'єднані з струмовиводами 28, виконаними в вигляді струмопровідних шпилек всередині ізоляторів 24 (див. фіг. 2). Ізолятори 24 високовольтних вводів 22 виконані фарфоровими або полімерними – силіконовими або епоксидними і т.д. На струмовиводах 28 високовольтних вводів 22 встановлені ущільнюванні кільця 29 з гуми, що притискаються металевими фланцями 30, виконаними на високовольтних ввода х 22. Шайби 31, встановлені на струмовиводах 28 служать для з'єднання з високовольтною мережею. Низьковольтні відводи 16, 21 високовольтних струмопровідних обмоток 4, 5, 6 з'єднані з низьковольтними вводами 23 на кришці 8 (див. фіг. 1, фіг. 2). Зв'язані між собою броньові шихтовані магнітопроводи 2 та 3 з високовольтними струмопровідними обмотками 4, 5, 6, що складають активну частину трансформатора, висять на нижніх бобишках 27 кришки за допомогою металевих шпилек 32 (див. фіг. 1, фіг. 2). Кожний магнітопровід 2 та 3 розміщені між металевими рамами 9 та 10 - верхньої та нижньої, що встановлені на бокові та торцеві ярма 13, 14, 18, 19 магнітопроводів 2 і 3 (див. фіг. 3, фіг. 4, фіг. 5, фіг. 6). Металеві рами 9 та 10 зв'язані між собою за допомогою вузлів кріплення бандажами, включаючими склобандажні стрічки 33 (або ізоляційні смуги) та пластини 34, 35 з сполучними елементами 36, 37 (див. фіг. 3, фіг. 4, фіг. 5, фі г. 6). Металеві рами 9 і 10 виконані із швелерів або кутового профілю, або пластин. Одні із пластин 34 з сполучними елементами 36 виконані в вигляді металевих квадратних брусків. Для затягнення склобандажних стрічок 33, куточок металевої рами 9, 10 зрізаний по висоті, тобто має проріз, через який проходять склобандажні стрічки 33. Пластини 34, 35, виконані з різьбовим отвором 38, встановлені на верхніх металевих рамах 9 магнітопроводів 2 і 3 одна навпроти іншої (див. фіг. 4, фіг. 6, фіг. 9, фіг. 10, фіг. 11). Крізь сполучні елементи 36, 37 пластин 34, 35 пропускаються склобандажні стрічки 33, після цьо го пластини 34, 35 стягуються між собою за допомогою болтів 39, що проходять крізь різьбові отвори 38 (фіг. 10, фіг. 11). Кількість вузлів кріплення бандажами за допомогою склобандажних стрічок 33, які охоплюють металеві рами 9, 10 магнітопроводів 2 та 3 визначається необхідним зусиллям затягування магнітопроводів, яке не перевищує межу стійкості сталі 4×108 Па. На металевих рам 9 та 10 магнітопроводів 2 та 3 над боковими ярмами 13, 18 розташовані верхні і нижні бобишки для кріплення 40 і 41 (див. фіг. 3, фіг. 4, фіг. 5, фіг. 6). По кутам верхньої металевої рами 9 верхнього магнітопровода 2 встановлені верхні бобишки 40, що з'єднані з металевими шпильками 32, закріпленими в нижніх бобишках 27 кришки 8 трансформатора (див. фіг. 1, фіг. 2). В середній частині нижньої рами 10 верхнього магнітопровода 2 встановлені нижні бобишки 41, що зв'язані з верхніми бобишками 40 нижнього другого магнітопровода 3 за допомогою металевих шпилек 42 (див. фіг. 1, фіг. 2). Причому, верхні бобишки 40 нижнього магнітопровода 3 встановлені по кутам верхньої металевої рами 9 магнітопровода 3 та розміщені навпроти нижніх бобишек 41 на нижній рамі 10 верхнього магнітопровода 2. Нижні бобишки 41 на нижній рамі 10 нижнього магнітопровода 3 закріпляються на днище корпуса 1 (див. фіг. 5). На металевих рамах 9, 10 магнітопроводів 2 та 3 розміщені бобишки 43, які з'єднуються з перемичками 44, виконаними із проводу для забезпечення надійного електричного контакту (див. фіг. 3, фіг. 5). Між корпусом 1 та кришкою 8 встановлена ущільнювальна прокладка 45 (із гуми), та корпус 1 і кришка 8 з'єднуються за допомогою болтів 46 (див. фіг. 1, фіг. 2). Між магнітопроводами 2 та 3 і металевими рамами 9, 10 встановлена картонна прокладка 47 (див. фіг. 3, фіг. 8). Стрічка з міді 48 встановлена в магнітопроводах 2 та 3 (див. фіг. 7, фіг. 8). В трансформаторі можливий варіант виконання витих магнітопроводів (не показані). Нижній броньовий шихтований магнітопровід 3 виконаний з немагнітними зазорами 49, що виконані між стержнями 17 та торцевим ярмом 19 або в витому магнітопроводі немагнітні зазори можуть бути виконані в стержні і розміщені всередині обмотки (не показано) (див. фіг. 12, фіг. 13). Немагнітні зазори 49 являють собою повітряні проміжки, що заповнюються будь-яким ізоляційним немагнітним матеріалом, наприклад, картон, гетинакс, текстоліт або іншим немагнітним матеріалом (не показані). Ізоляційні прокладки 50 встановлені між високовольтною обмоткою 6 та торцевими ярмами 19 нижнього магнітопровода 3 (див. фіг. 5, фіг. 6). Дві осі високовольтних вводів 22 (А, С) зміщені відносно осей високовольтної обмотки 4, 5 верхнього броньового магнітопровода 2 та розміщені ближче до бокових та торцевих його ярем 13, 14 (див. фіг. 2). 4 32253 Третя ось високовольтного вводу 22 (В) розміщена по центру високовольтної струмопровідної обмотки 6 нижнього магнітопровода 3 та зміщена до його протилежного торцевого ярма 19. Запропонований вимірювальний трифазний трансформатор напруги працює так. До струмовиводів 28 високовольтних вводів 22 приєднуються фази А, В, С. Магнітні потоки в стержнях 11, 12 верхнього броньового магнітопровода 2 направлені згідно і по торцевим ярмам 14 проходить не сума, а різність цих потоків. Сумарний потік двох бокових ярем 13 не перевищує номінального потоку одного стержня, що дозволяє знизити переріз бокових та торцевих ярем 13, 14 магнітопровода 2. Використання немагнітних зазорів 49 в нижньому броньовому магнітопроводі 3 трансформатора компенсує ємкісні струми замикання на землю та відвертає виникнення ферорезонансних процесів в трансформаторі за рахунок отримання більш вирівняних лінійних характеристик намагнічення при аварійних режимах. Запропонований вимірювальний трифазний трансформатор напруги забезпечує вимірювання лінійних та фазних напруг мережі (UAB, UBC, UCA, UAO, UBO, UCO). Для забезпечення тривалості не вимагається прийняття будь-яких додаткових мір з боку споживача і трансформатор може застосовуватися в енергомережах України. Фіг. 1 5 32253 Фіг. 2 6 Фіг. 3 32253 7 Фіг. 4 32253 8 32253 Фіг. 5 Фіг. 6 9 32253 Фіг. 7 Фіг. 8 Фіг. 9 Фіг. 11 Фіг. 12 10 32253 Фіг. 13 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 11