Високовольтний трансформатор струму

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции измерительного трансформатора тока высоких и сверхвысоких напряжений с изоляционным заполнением. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является высоковольтный трансформатор тока, содержащий корпус, заполненный изолирующей средой, в котором размещены первичная обмотка в виде прямолинейного проводника, вторичные обмотки на тороидальных магнитопроводах, охваченные тороидальным электростатическим экраном, и система дистанцирования вторичных обмоток с экраном относительно первичной обмотки и корпуса из изоляционных элементов [1]. В этом трансформаторе вторичные обмотки с экраном дистанцируются относительно первичной обмотки и корпуса с помощью трех изоляционных втулок, расположенных в радиальном направлении по внешнему периметру тороидального электрического экрана под углом 120°, которые крепятся с одной стороны к цилиндрической стенке корпуса, а с другой - к хомутам, встроенным во вторичные обмотки с экраном, закрепленным на тех же хомутах. Однако надежность этого трансформатора тока недостаточна, а конструкция его. сложна в изготовлении. При такой конструкции трансформатора изоляционные втулки выполняют одновременно роль 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. Выполнение этих требований связано с повышенными требованиями к характеристикам материала изоляционных втулок и качеству их исполнения, к точности весьма трудоемкой сборки их с корпусом и комплектом вторичных обмоток, с усложнением конструкции. В основу изобретения поставлена задача создания трансформатора тока, в котором упрощается конструкция, уменьшается трудоемкость и повышается надежность. Поставленная задача решается тем, что в высоковольтном трансформаторе тока, содержащем металлический корпус, заполненный изолирующей средой, в котором размещены первичная обмотка в виде прямолинейного проводника, многовитковые вторичные обмотки, намотанные на торроидальный магнитопровод и охваченные электростатическим экраном, и система дистанцирования вторичных обмоток с экраном относительно первичной обмотки и корпуса, который соединен с изоляционной опорной колонкой, согласно изобретению, система дистанцирования вторичных обмоток с экраном включает в себя соосный с проводником первичной обмотки изоляционный каркас, на котором размещены вторичные обмотки с экраном, и изоляционные распорки, установленные между проводником первичной обмотки и каркасом у его торцов, которые с обеих сторон выходят за размер электростатического экрана обмоток. Каркас может быть выполнен в виде цилиндра, например, из отрезка изоляционной трубы, или из изоляционных стержней, расположенных вдоль образующих окружности. Изоляционные распорки жестко прикреплены к проводнику первичной обмотки и могут быть выполнены дискообразной формы или из радиально расположенных изоляционных стержней, образующих крестовины. На концах изоляционных стержней расположены смягчающие вкладыши. В месте стыка металлического корпуса изоляционной опорной колонки установлен защитный электростатический экран. Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид трансформатора тока; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1, вид сбоку трансформатора тока; на фиг.3 - 6 варианты выполнения изоляционного каркаса с изоляционными распорками; на фиг.7 - часть корпуса трансформатора. Высоковольтный трансформатор тока содержит цилиндрический металлический корпус 1, заполненный элегазом или другой изолирующей средой (например, трансформаторным маслом). В корпусе 1 размещены первичная обмотка 2 и комплект многовитковых вторичных обмоток 3, намотанных на тороидальные магнитопроводы (на чертежах не показаны), который охвачен тороидальным электростатическим экраном 4. Одновитковая первичная обмотка 2 выполнена в виде прямолинейного проводника (стержня или трубы), один выходящий наружу конец которого закреплен непосредственно в торцевой крышке 5 корпуса (выполненной в виде экрана) и имеет с корпусом одинаковый потенциал, а другой - в его противоположной торцевой стенке посредством изолирующей втулки 6. Система дистанцирования вторичных обмоток с окружающим их тороидальным экраном 4 относительно первичной обмотки 2 и корпуса 1, находящихся под полным напряжением на необходимые, исходя из характеристик изолирующей среды, изоляционные расстояния, включает в себя каркас 7 цилиндрической формы из изоляционного материала, соосный с проводником первичной обмотки 2, и изоляционные распорки 8, Вторичные обмотки 3 с экраном 4 размещены на изоляционном каркасе 7. Каркас 7 может быть выполнен в виде сплошного цилиндра, отрезка трубы из изоляционного материала или образован из изоляционных стержней, расположенных вдоль образующих окружности (кольцевой поверхности) и размещенных с интервалом по внутреннему периметру тороидального экрана 4 вторичных обмоток 3. Изоляционные распорки 8 установлены по торцам каркаса 7 между ним и проводником первичной обмотки 2, фиксируя их соосное расположение и могут быть выполнены в виде дисков или из радиально расположенных изоляционных стержней, образующих закрепленные на первичной обмотке 2 крестовины. Изоляционные распорки 8 жестко закреплены к проводнику первичной обмотки 2, а на концах изоляционных распорок 8, выполненных в виде стержней, расположены смягчающие вкладыши 9. При этом протяженность изоляционного каркаса 7 вдоль проводника первичной обмотки 2 такова что его торцы выходят за размер электростатического экрана 4 с обеих сторон так, что изоляционные распорки 8, расположенные по торцам каркаса 7, удалены от зоны максимальной напряженности электростатического поля, сосредоточенной между проводником первичной обмотки 2 и экраном 4 вторичных обмоток 3. Поэтому, они не подвергаются воздействию полной величины разности потенциалов между экраном и первичной обмоткой. С помощью изоляционного каркаса 7 удлиняется путь прохождения поверхностного разряда по его поверхности. Размер распорок 8 в радиальном направлении определяется необходимым изоляционным расстоянием между экраном вторичных обмоток и первичной обмоткой. Металлический корпус 1 установлен на изоляционной опорной колонке 10, которая герметично сочленена как с корпусом, так и с основанием 11 (цоколем). Место стыка металлического корпуса 1 и изоляционной колонки 10 защищено электростатическим экраном 12. Отводы 13 вторичных обмоток 3 проходят внутри цилиндрического электростатического экрана 14. Металлический корпус 1 выполнен с одной стороны срезанным (т.е. имеет проем), который закрывается торцевой крышкой 5 в виде экрана. Между торцевым экраном 5 и корпусом 1 установлена герметизирующая изоляционная прокладка 15. Сборка трансформатора осуществляется следующим образом. Сборка активной части трансформатора (проводника первичной обмотки 2 и комплекта вторичных обмоток 3) осуществляется отдельно на специальном приспособлении (не показано). В начале к проводнику первичной обмотки 2 жестко прикрепляется одна из изоляционных распорок 8 (одна крестовина), на которой устанавливается цилиндрический изоляционный каркас 7. Затем к установленному каркасу 7 с другой стороны прикрепляется другая крестовина изоляционной распорки 8. Сверху изоляционного каркаса 7 крепится отдельно собранный комплект вторичных обмоток 3. Места стыков системы дистанцирования вторичных обмоток 3 с экраном 4 относительно первичной обмотки 2 заливаются эпоксидной смолой. Собранная активная часть трансформатора заводится с одной стороны в проем металлического корпуса 1 и закрывается торцевой крышкой 5, выполненной в виде экрана. Предлагаемый высоковольтный трансформатор тока по сравнению с прототипом имеет более высокую надежность, менее сложен и менее трудоемок в изготовлении. Устройство системы дистанцирования в нем обеспечивает получение в зонах максимальной напряженности между изолируемыми частями (экран вторичных обмоток - первичная обмотка и экран вторичных обмоток - корпус, в местах наибольшего их сближения) поля со значительно меньшей неоднородностью (чем у прототипа) за счет того, что в указанных зонах отсутствуют элементы твердой изоляции, соединяющие изолируемые поверхности, находящиеся под различными потенциалами Внешняя и внутренняя поверхности цилиндрического каркаса, находящегося между первичной обмоткой и экраном вторичных обмоток, расположены по эквипотенциальным линиям электрического поля в зоне, где напряженность электрического поля уже мала и каркас находится под воздействием незначительной разности потенциалов. Изоляционные распорки 8 также подвергаются воздействию только части полного (рабочего или испытательного) напряжения между изолируемыми частями трансформатора. Кроме того, вынос их из зон максимальной напряженности поля, наряду с достаточным вылетом торцов каркаса, обеспечивает гораздо меньшие величины напряженности поля вдоль поверхностей изоляционных элементов системы дистанцирования. В этих условиях нет необходимости в значительных усложнениях их формы (для снижения поверхностной напряженности поля) и могут быть использованы для них более дешевые изоляционные материалы. Упрощается конструкция электростатического экрана вторичных обмоток, а повышение равномерности электростатического поля между экраном и корпусом увеличивает надежность или позволяет уменьшить размер изоляционного промежутка. При размещении массивных вторичных обмоток с экраном на поверхности жесткого цилиндрического каркаса, опирающегося торцами на изоляционные распорки, закрепленные на прямолинейном проводнике первичной обмотки, достигается более устойчивая и надежная фиксация их положения и взаимная центровка с первичной обмоткой и корпусом. Кроме того, упрощается сборка трансформатора.