Високовольтний трансформатор напруги

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции измерительных, маслонаполненных трансформаторов напряжения типа ЗНОМП-35, которые предназначены для питания электрических измерительных приборов, цепей защиты и сигнализации в электрических цепях переменного Тока частотой 50 Гц и 60 Гц с номинальным напряжением 35 кВ. Известный высоковольтный трансформатор напряжения типа ЗНОМ-35-65, взятый за прототип, предназначен для наружной установки [2]. Трансформатор содержит металлический корпус бака, в котором установлен шихтованный магнитопровод с расположенными на его центральном стержне цилиндрическими токопроводящими слоевыми высоковольтной и низковольтными обмотками. Бак трансформатора сваривается из листовой немагнитной стали. Магнитопровод трансформатора собирается (шихтуется) в горизонтальном положении непосредственно в обмотку, укладывается на нижнюю часть бака и прижимается к ней с помощью рамы шпильками, проходящими вне магнитопровода. Активная часть трансформатора опускается в бак с маслом. Обмотка В Η на 35 кВ в своем сечении имеет трехступенчатую форму. По мере увеличения напряжения между обмоткой и ярмом изоляционное расстояние от обмотки до ярма увеличено. Последний слой обмотки, имеющий наибольший потенциал по отношению к земле (последний виток присоединяется к линейному вводу А), имеет и наибольшее расстояние до ярма, Слои высоковольтной обмотки расположены поверх низковольтных обмоток. Каждый слой высоковольтной обмотки состоит из большого числа витков. Поэтому напряжение между витками получается значительным, что приводит к увеличению толщины межслоевой изоляции, а, следовательно, к увеличению наружного диаметра обмотки. Неясная форма основной несущей конструкции - корпуса бака, т.е. форма корпуса бака имеет более сложную форму, так как она приближена к форме активной части трансформатора, что увеличивает объем трансформаторного масла. На корпус бака установлена фарфоровая покрышка, в которой расположен отвод токопроводящей высоковольтной обмотки, который часто претерпевает разрушения (пробой). Вторичные выводы низковольтных обмоток выведены через низковольтные изоляторы на панели зажимов, т.е. низковольтные выводы присоединены к панели зажимов, укрепленной на боковой стенке бака. Панель зажимов выступает за размеры корпуса бака, т.е. визуально выделенная панель зажимов на корпусе бака говорит о нерациональном ее расположении, что не удовлетворяет требованиям техники безопасности. Кабельная муфта выходит за пределы габарита корпуса бака. Крышка панели зажимов снимается во время эксплуатации, при этом крышка может потеряться или ее можно перепутать с другими крышками. На фарфоровой покрышке установлен бак маслорасширителя. Смонтированное на баке маслорасширителя смотровое стекло, через которое наблюдают за уровнем масла, может разрушаться, что создает определенные неудобства во время эксплуатации, После установки активной части она закрывается верхней частью бака (крышкой) и тщательно уплотняется. Бак залит маслом полностью до крышки. Колебание уровня масла у трансформатора происходит в маслорасширителе. На маслорасширителе имеются маслоу-казатель и пробка для доливки масла. Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: - сложность конструкции; - класс точности измерения составляет 0,5; - низкое качество трансформатора; - повышенные потери электроэнергии при ее учете; - использование большого количества межслоевой изоляции; - повышенная аварийность (есть взрывы, пробой); -снижен срок службы трансформатора; - увеличены электрические потери, повышающие погрешности; - снижена электрическая прочность в месте соединения покрышки с корпусом трансформатора; - конструкция трансформатора не надежна и требует дополнителвных расходов и эксплуатации на ее обслуживание. В основу изобретения поставлена задача создания (или усовершенствования) высоковольтного трансформатора напряжения, в котором новое выполнение конструкции корпуса бака, состоящего из отдельных частей -днища и крышки, которая выполнена с конусной горловиной и установка полностью собранного магнитопровода с токопроводящими обмотками в днище корпуса бака, упрощает конструкцию трансформатора в целом, снижает материалоемкость и трудоемкость изготовления; создание дополнительного масляного промежутка между нижней частью фарфоровой покрышки и конусной горловиной крышки бака увеличивает электрическую прочность трансформатора; установка дистанционных дисков стабилизирует изоляционные промежутки, создает надежную установку высоковольтного отвода внутри фарфоровой покрышки, что исключает аварийную ситуацию во время работы трансформатора. В токопроводящей высоковольтной обмотке достигается стабильное минимальное уменьшение каждого слоя обмотки, что определяет оптимальные высоковольтные параметры обмотки и равномерное распределение потенциала. Трансформатор уменьшает электрические потери и возможен надежный выход на стабильный класс точности, что уменьшает погрешности. Погрешность трансформатора в зависимости от класса точности удовлетворяет нормам, приведенным в таблице. Выполнение падающей крышки на коробке вторичных выводов позволяет в любой момент откинуть падающую крышку и следить за подключением выводов, а также возможен контроль за их подсоединением. Перечисляем конструктивные элементы (детали, узлы), которые являются общими с прототипом: Высоковольтный трансформатор напряжения содержит металлический корпус бака, в котором установлен шихтованный магнитопровод, с расположенными на его центральном стержне цилиндрическими токопроводящими слоевыми высоковольтной и низковольтными обмотками, при этом слои высоковольтной обмотки расположены поверх низковольтных обмоток, а на корпус бака установлена фарфоровая покрышка, в которой расположен отвод токопроводящей высоковольтной обмотки, причем вторичные вывода низковольтных обмоток выведены через низковольтные изоляторы; на фарфоровой покрышке установлен бак маслорасширителя. Перечисляем конструктивные элементы (детали, узлы), которые впервые выполнены & заявляемом объекте: Трансформатор дополнительно снабжен дыхательным устройством, которое установлено сверху бака маслорасширителя и изоляционной трубой, корпус бака выполнен из двух равных пропорциональных частей: днища и крышки, в верхней части которой выполнена конусная горловина, в последней установлена нижняя часть фарфоровой покрышки, Магнитопровод установлен горизонтально в днище корпуса бака и снабжен рамой, высота которой приближена к размеру днища, при этом соединенные вместе поперечные и продольные элементы рамы расположены перпендикулярно по отношению к оси трансформатора, а продольные элементы связаны между собой с помощью стяжных шпилек, проходящих за пределами магнитопровода. Поперечные элементы рамы выполнены с прямоугольными пластинами и расположены на днище корпуса бака перпендикулярно по отношению к оси стержня магнитопровода и прямоугольные пластины расположены по оси стержня магнитопровода, Каждый слой токопроводящей высоковольтной обмотки выполнен со ступенчатым уменьшением осевых размеров, при этом по мере уменьшения количества витков в слое обмотки, количество листов межслоевой изоляции также уменьшено. Внутри фарфоровой покрышки установлена изоляционная труба, через которую проходит отвод токопроводящей высоковольтной обмотки. Бак маслорасширителя связан с фарфоровой покрышкой с помощью токоведущей стяжной шпильки. Боковыми стенками крышки корпуса бака образована коробка вторичных выводов, выполненная с горизонтально расположенной перемычкой, в которой установлены низковольтные изоляторы, расположенные параллельно оси трансформатора» при этом коробка вторичных выводов выполнена с падающей крышкой, которая соединена с коробкой через элементы для крепления. Изоляционная труба зафиксирована в фарфоровой покрышке с помощью дистанционных дисков, имеющих наружный диаметр равный внутреннему диаметру фарфоровой покрышки. Конусная горловина крышки имеет фланец, на котором расположены бобышки для крепления фарфоровой покрышки. Поперечные и продольные элементы рамы выполнены в виде швеллере», По краям продольных швеллеров выполнены отверстия для прохождения стяжных шпилек за пределами магнитопровода. Длина стяжных шпилек равна высоте собранного магнитопровода. В прямоугольных пластинах на поперечных швеллерах выполнены овальные отверстия. В средней части днища установлены болты для крепления прямоугольных пластин через овальные отверстия. Дыхательное устройство состоит из втулки, которая выполнена с канавками и резьбой, а также колпачка, выполненного с ребрами. На коробке вторичных выводов выполнены пластина и уголок для крепления с элементами падающей крышки. Днища корпуса бака имеет донышко, которое выполнено в виде полуцилиндра, повторяющего контуры токопроводящей высоковольтной обмотки. В месте перехода от бака маслорасширителя кфарфоровой покрышке, на стяжной шпильке выполнено покрытие оловом методом горячего лужения. Причинно-следственная связь заключается в том, что вся вышеуказанная совокупность существенных признаков изобретения, как каждый в отдельности, так и вместе, обеспечивает выполнение поставленной задачи изобретения - упрощение конструкции, ее усовершенствование, повышение надежности и класса точности трансформатора, снижение трудоемкости во время эксплуатации и увеличение срока службы трансформатора. Характер проявления новых свойств изобретения: - выполнение простоты сборки корпуса бака трансформатора за счет 2-х отдельных пропорционально равных частей - днища и крышки, - сжатие магнитопровода по 4-м углам с помощью стяжных шпилек, проходящих за пределами магнитопровода, улучшает надежность крепления и исключает возможность появления коротко замкнутого витка, - уменьшение межслоевой изоляции в высоковольтной обмотке трансформатора, - за счет полной герметизации исключено окисление трансформаторного масла и ускоренное старение изоляции от контакта с влагой и кислородом воздуха, уменьшены затраты на эксплуатационное обслуживание, - за счет упрощения подсоединения вторичных выводов достигается эксплуатационная надежность трансформатора, -за счет повышенного класса точности достигается экономия при учете электроэнергии 3 кВт-часа на каждые 1000 кВт-час, - обеспечение полной взаимозаменяемости с изделиями, находящимися в эксплуатации, - высокий уровень унификации. Заявляемый высоковольтный трансформатор напряжения поясняется графически, где фиг, 1 высоковольтный маслонаполненный трансформатор напряжения типа ЗНОМП'35; фиг. 2 - сечение А-А по фиг. 1; фиг. 3 - установка активной части трансформатора; фиг. 4 - выноска I по фиг. 2; фиг. 5 -выноска II про фиг. 2; фиг. 6 и-7 - рама с магнитопроводом; фиг. 8 -токопроводящая обмотка трансформатора; фиг. 9 - вид В по фиг. 2; фиг. 10-металлическая конструкция крышки корпуса бака; фиг. 11 - вид С по фиг.10; фиг. 12 металлическая конструкция нижней части (днища) корпуса бака; фиг. 13 - вид Д по фиг. 12; фиг. 14 изоляционная труба; фиг. 15 - крышка коробки вторичных выводов; фиг. 16 - установка на баке маслорасширителя дыхательного устройства; фиг. 17 -.втулка дыхательного устройства; фиг. 18 - колпачок дыхательного устройства; фиг. 19 - схема соединения обмоток трансформатора. Изобретение - Высоковольтный маслонаполненный трансформатор напряжения типа ЗНОМП-35 содержит металлический корпус бака 1, в котором установлена активная часть 2 трансформатора, которая, в свою очередь, представляет собой шихтованный, одностержневой магнитопровод 3 броневого типа с расположенной на его центральном стержне 4 цилиндрической токояроводящей обмоткой 5, которая делится на высоковольтную 6 (ВН) и низковольтные основную 7 (с) и дополнительную 8 (г) обмотки (см. схему на фиг. 19). Магнитопровод 3 электрически соединен с корпусом бака 1 (фиг.1,2,3 и 8), Корпус бака 1 трансформатора состоит из нижней части 9 (днища) и крышки 10, в верхней части которой выполнена конусная горловина 11 (фиг.1 и 2). Нижняя часть (днище) 9 и крышка 10 представляют собой равные пропорциональные части. Нижнюю часть (днище) 9 корпуса бака 1 с крышкой 10 сочленяют между собой через уплотнительную прокладку 12 с болтовыми креплениями 13. Конусная горловина 11 крышки 10 имеет фланец 14 с расположенными на нем бобышками 15 для крепления (фиг. 1 и 2). Магнитопровод 3 сжимается с помощью рамы 16 швеллерной конструкции, состоящей из поперечных и продольных швеллеров 17 и 18. По краям продольных швеллеров 18 выполнены отверстия 19, которые расположены поперек тела магнитопровода 3 (фиг. 2,3, 6 и 7). Активная часть 2 трансформатора заключена в корпус бака 1, при этом магнитопровод 3 установлен в днище 9 корпуса бака -1 горизонтально, так как высота рамы 16 приближена к размерам днища 9, при этом поперечные и продольные швеллеры 17 и 18 расположены перпендикулярно по отношению к оси трансформатора. Магнитопровод 3 сжимается по 4-м углам с помощью стяжных шпилек 20, проходящих через отверстия 19 продольных швеллеров 18, не касаясь магнитопровода, т.е. вне тела магнитопровода 3, (за пределами магнитопровода), что исключает дополнительные потери в магнитопроводе 3. Длина шпилек 20 равна высоте собранного магнитопровода 3. К поперечным швеллерам 17 рамы 16 по оси стержня 4 магнитопровода 3 закреплены прямоугольные пластины 21 с овальными отверстиями 52, с помощью которых активная часть 2 трансформатора жестко крепится к днищу 9 корпуса бака 1, так как поперечные швеллеры 17 ложатся на днище 9 перпендикулярно по отношению к оси стержня 4 магнитопровода 3, при этом с помощью овальных отверстий 22 пластины 21 устанавливаются на болты 23, которые приварены в средней, части днища 9 (фиг. 3, 6,7,12 и 13). С помощью пластин 21 осуществляется надежное крепление трансформатора, что исключает смещение при транспортировании и сдвиг трансформатора в целом во время механических воздействий, в том числе при воздействиях вибрации. Токопроводящая высоковольтная обмотка 6 (В Н) - сплошная, многослоевая, ступенчатая, бескатушечная, т.е. высоковольтная обмотка 6 выполнена в виде слоев 24 (фиг. 8). В отличии от прототипа, в высоковольтной обмотке 6 нет подразделения на традиционные катушки (секции)- нет секций. В высоковольтной обмотке 6 выполняется уменьшение осевого размера каждого слоя 24 по мере увеличения потенциала. Компоновка межслоевой изоляции обмотки 6 разбита по ступеням, при этом нижние слои 24 предусматривают вложение изоляции в большем количестве изоляционного материала (листов) 25. Затем в верхни х слоях 24 высоковольтной обмотки 6 по мере уменьшения количества витков в слое 24, количество листов 25 изоляции уменьшается (фиг. 3 и 8). Сверху высоковольтная обмотка 6 закрывается плоским экраном (см. фиг. 8 , фиг. 19), выполненным в виде латунной (отвальцованной) полосы, выполненной с вложением в ней электрокартона. На корпус бака 1 трансформатора установлена фарфоровая покрышка 26, в которой расположен высоковольтный отвод 27 от токопроводящей обмотки 5 трансформатора (фиг. 2 и 5). Высоковольтный отвод 27 проходит через изоляционную, (например, бакелитовую) трубу 28, которая фиксируется внутри фарфоровой покрышки'26 с помощью дистанционных дисков 29, имеющих наружный диаметр равный внутреннему диаметру фарфоровой покрышки 26 и создающих одинаковое расстояние между стенками фарфоровой покрышки 26 и изоляционной трубы 28 по всей ее высоте (фиг. 2, 5 и 14), Внутренняя полость трансформатора заполнена трансформаторным маслом 30 или другой изоляционной жидкостью. В конусной горловине 11 крышки 10 расположена нижняя часть фарфоровой покрышки 26 (фиг. 2). За счет увеличения изоляционного расстояния по маслу между нижней частью поверхности фарфоровой покрышки 26 и крышкой 10 корпуса бака 1, образованного конусной горловиной 11, увеличивается электрическая прочность. Выполнение конусной горловины. 11 на крышке .10 корпуса бака 1 увеличивает минимум в 2 раза изоляционные расстояния по поверхности фарфоровой покрышки 26 за счет создания масляного промежутка в нижней части конусной горловины 11. На фарфоровой покрышке 26 расположен бак маслорасширителя 31, внутри которого находится резиновая гибкая оболочка 32, предназначенная для герметизации трансформатора и компенсации температурного изменения объема трансформаторного масла 30. В баке маслорасширителя 31 предусмотрен указатель 33 наличия масла в трансформаторе, служащий для индикации трансформаторного масла или другой изоляционной жидкости (фиг. 1 и 2). Высоковольтный отвод 27 токопроводящей обмотки 5 заканчивается токоведущей стяжной шпилькой 34, которая механически закрепляет бак маслорасширителя 31 к фарфоровой покрышке 26 и одновременно передает потенциал (напряжение) на бак маслорасширителя 31, который одновременно является токоведущим элементом, при этом к баку маслорасширителя 31 приварена клеммная лопатка 35 (пластина) с отверстием, к которой подсоединяется шлейф высоковольтной линии (не показан) (фиг. 1,2 и 5). В месте перехода от бака маслорасширителя 31 к фарфоровой покрышке 26, стяжная шпилька 34 имеет покрытие оловом, например, методом горячего лужения. Коробка вторичных выводов 36 образуется стенкой крышки 10 бака 1 и двумя ее боковыми пластинами 37 (фиг. 10 и 11). В коробке вторичных выводов 36 установлены низковольтные изоляторы 38 с токопроводящей шпилькой 39, которые расположены параллельно оси трансформатора, что гарантирует надежное изоляционное расстояние и исключает перекрытие с высокого потенциала высоковольтной обмотки 6 на вторичные (низковольтные) выводы 40 обмоток 7 и 8, которые подсоединены к токопроводящим шпилькам 39, проходящим через низковольтные изоляторы 38 и к которым выполняется подсоединение вторичных цепей защиты и измерения (фиг. 4 и 9)· Низковольтные изоляторы 38 жестко закреплены в горизонтально расположенной перемычке 41 в виде пластины (см. фиг. 9). Коробка вторичных выводов 36 выполнена с падающей крышкой 42, позволяющей свободный доступ к вторичным выводам 40 и с другой стороны защищает от прямого попадания влаги в коробку выводов 36, даже если она не зафиксирована нажимными винтами, т.е. не уплотнена (фиг. 4 и 15). Падающая крышка 42 коробки вторичных выводов 36 имеет элементы крепления 43 и 44, верхний 43 из которых выполнен с отверстием 34 (фиг. 15). Крышка 42 выполнена с уплотнением 46 из резины. С помощью элементов крепления 43 и 44 крышка 42 соединяется С пластиной 47 и уголком 48, которые выполнены на коробке 36 вторичных выводов, при этом верхний элемент крепления 43 падающей крышки 42 соединяется через отверстие 45 с пластиной 47 коробки вторичных выводов 36 (фиг. 4). Нижняя часть (днище) 9 бака 1 имеет донышко 49, которое выполнено в виде полуцилиндра, повторяющего контуры высоковольтной обмотки 6 и создающего одинаковые изоляционные расстояния между высоковольтной обмоткой 6 и корпусом бака 1 по всей поверхности полуцилиндра (фиг. 12 и 13). Боковыми полуцилиндра 49 служат одновременно опорами крепления к фундаментам (не показаны). На роковой поверхности нижней части (днища) 9 корпуса бака 1 установлен вентиль 50, позволяющий дозаполнить трансформатор маслом до требуемого уровня и при необходимости отобрать пробу масла (фиг. 2). В нижней части полуцилиндра 49 имеется донная пробка 51 для слива масла с трансформатора (фиг. 2, 12 и 13). Сверху бака маслорасширителя 31 устанавливается дыхательное устройство 52, позволяющее свободный доступ воздуха и исключающее прямое попадание влаги на наружную поверхность гибкой оболочки 32 (фиг. 16). Дыхательное устройство 52 служит также для установки индикатора, позволяющего установить гибкую оболочку 32 в положении, соответствующем температуре масла 30 в трансформаторе, т.е. когда гибкая оболочка 32 находится в крайнем верхнем положении, в отверстие 53 дыхательного устройства 52 устанавливается индикатор (щуп) (не показан), имеющий деления в градуса х Цельсия. Когда сливается масло 30 через вентиль 50, гибкая оболочка 32 опускается и устанавливается в баке маслорасширителя 31 в соответствии с требуемой температурой (фиг.2). Втулка 54 дыхательного устройства 52 выполняется с канавками 55 и имеет резьбу, на которую накручивается колпачок 56, выполненный с ребрами 57. Через канавки 55 во втулке 54 обеспечивается свободное движение воздуха над гибкой оболочкой 32 в баке маслорасширителя 31 (фиг. 16, 17 и 18). Для подвода кабеля (не показан) на боковой стенке коробки вторичных выводов 36 устанавливается кабельная муфта 58, служащая для подключения кабеля к вторичным выводам 40 (фит. 1). В коробке вторичных выводов 36 имеется бобышка заземления 59 (фиг. 1 и 9). Бобышка заземления 60 на днище 9 корпуса бака 1 предназначена для подсоединения к контуру заземления (не показан) во' время монтажа трансформатора на подстанции (фиг. 1). Монтаж или сборка высоковольтного трансформатора напряжения осуществляется следующим образом. Активная часть 2 трансформатора устанавливается в корпусе бака 1, при этом магнитопровод 3, сжатый рамой 16, фиксируется болтами 23, приваренными к средней части днища 9 корпуса бака 1. Заранее собранные низковольтные изоляторы 38 на перемычке 41 вносятся в коробку вторичных выводов 36, образованную стенкой крыши 10 корпуса бака 1 и двумя ее боковыми пластинами 37. После подсоединения низковольтных вторичных выводов 40 к токопроводящим шпилькам 39 низковольтных изоляторов 38, крышка 10 герметично, через уплотнительную прокладку 12, с помощью болтов 13, крепится к днищу 9 корпуса бака 1. Через фарфоровую покрышку 26 протягивается высоковольтный отвод 27 в бакелитовой трубе 28 с дистанционными дисками 29 и фарфоровая покрышка 26 крепится в конусной горловине 11 крышки 10 с помощью бобышек для крепления 15, в которые вкручиваются стальные шпильки 61 с элементами прижатия фарфоровой покрышки 26 к фланцу 14 конусной горловины 11. Токоведущая стяжная шпилька 34 проходит через центральное отверстие бака маслорасширителя 31 и с помощью гайки 62 закрепляет бак маслорасширителя на фарфоровой покрышке 26 через уплотнение 63 и одновременно создает электрический контакт между высоковольтным отводом 27 и баком маслорасширителя 31. В бак маслорасширителя 31 помещается гибкая оболочка 32, а сверху - крышка 64 бака маслорасширителя 31, при этом фланец гибкой оболочки 32, зажимаясь между фланцами 65,бака 31 и крышки 64 маслорасширителя выполняет роль уплотнения, После удаления воздуха из-под гибкой оболочки 32, подачей масла 30 через вентиль 50, место уплотнения герметизируется и с помощью давления, создаваемого внешним столбом масла 30, гибкую оболочку 32 фиксируют в крайнем верхнем положении. Через дыхательное отверстие 53 устройства 52 устанавливают индикатор (щуп), проградуированный в °С, и с помощью вентиля 50 сливается масло до установления уровня, соответствующего требуемой температуре, которую определяют по щупу. Слитое масло подвергают анализу, а дыхательное отверстие 52 закрывается колпачком 56. Для подъема трансформатора на корпусе бака ^предусмотрены косынки 66. Заявляемый высоковольтный трансформатор напряжения позволяет: - упростить конструкцию; - за счет повышенной точности достигается экономия при учете электроэнергии 3 квт-часа на каждые 1000 квт-час - снизить аварийность и вероятность взрывов при коротком замыкании в высоковольтной линии; - повысить надежность и уменьшить затраты на эксплуатационное обслуживание; - увеличить срок службы трансформатора за счет герметизации трансформаторного масла, т.е. на весь срок службы в заявляемом трансформаторе не требуется замена масла, а в известной конструкции не менее раз и более в шесть лет осуществляется замена трансформаторного масла; - исключить Необходимость анализа трансформаторного масла во время эксплуатации; - повышенное качество трансформатора достигается за счет большого вложения материала (вес трансформатора достигается всего 100 кг, а конструкции прототипа - 90 кг}; - повысить класс точности за счет уменьшения активной составляющей сопротивления меди в обмотке; - экономический эффект у потребителя выше за счет экономии энергоресурсов; - трансформатор устойчив к возникающим перенапряжениям; - трансформатор удобен в работе и безопасен, что повышает потребительский спрос на трансформатор; - цена изделия не превышает цену аналога. По результатам экспертного заключения специалистов от эксплуатирующих организаций трансформатор получил высокую оценку. Предприятие "Диапазон" готово совершенствовать конструкцию изделия по предложениям заказчика с целью максимально возможного удовлетворения надежности и удобства в эксплуатации.