Силовий трансформатор або реактор

1 Силовий трансформатор (1) або реаісгор з обмоткою (3), утвореною концентрично розташованими шарами (2), який в і д р і з н я є т ь с я тим, що щонайменше один виток виконано високовольтним кабелем (111) з ЗОВНІШНІМ напівпровідниковим шаром (115), а обмотка (3) має розділяючі розпірки (8, 9), встановлені паралельно осі між шарами і підтримуючі ЦІЛІСНІСТЬ обмотки (3) у осьовому напрямі 2 Пристрій за п 1 , який відрізняється тим, що розпірки (8, 9) виконують свою функцію разом з підтримуючими засобами (4, 11), які простягаються радіально по обидві боки шару (2), і утворюють механічну структуру кліткоподібної конструкції, у якій міститься концентрично укладені шари обмотки 3 Пристрій за п 2, який відрізняється тим, що підтримуючі засоби (4, 11) утворені верхньою платою (11) з отворами (16), через які проходять і у яких у положенні паралельно осі закріплено розпірки (8, 9) 4 Пристрій за п 3, який відрізняється тим, що верхня плата (11) простягається через усю обмотку радіально від першого внутрішнього шару (5) до крайнього зовнішнього шару 5 Пристрій за п 4, який відрізняється тим, що має кілька підтримуючих засобів (4, 11), розташованих радіально і утворюючих спицеподібну утримуючу структуру, яка повністю покриває щонайменше один шар (2) обмотки 6 Пристрій за будь-яким з пп 2-5, який відрізняється тим, що підтримуючі засоби (4, 11) утворені нижньою платою (4), на якій закріплено розпірки (8, 9), або тим, що нижня плата (4) має отвори (16), через які проходять розпірки (8, 9) і у положенні паралельно осі притискаються до верхньої плати (11) 7 Пристрій за п 6, який відрізняється тим, що має кілька нижніх кінцевих плат (4), розташованих радіально і утворюючих спицеподібну утримуючу структуру, яка повністю покриває нижній бік шару (2) обмотки 8 Пристрій за п 7, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що ЗОВНІШНІЙ напівпровідниковий шар заземлено 9 Пристрій за будь-яким з пп 1-8, який відрізняється тим, що обмотка гнучка і має електропровідну серцевину, оточену першим напівпровідниковим шаром (113), що оточує серцевину, ізолюючий суцільний шар (114), що оточує перший напівпровідниковий шар (113) і другий напівпровідниковий шар (115), що оточує ізолюючий шар (114), причому між шарами (113, 114, 115) існує адгезія 10 Пристрій за будь-яким з пп 1-9, який відрізняється тим, що зазначені шари (113, 114, 115) виготовлено з матеріалів, які мають такі еластичність і коефіцієнт теплового розширення, що зміни об'єму шарів (113, 114, 115), викликані коливаннями температури, компенсуються еластичністю матеріалів, завдяки чому шари зберігають взаємну адгезію при коливаннях температури, що виникають під час роботи 11 Пристрій за будь-яким з пп 1-10, який відрізняється тим, що матеріал зазначених шарів (113, 114, 115) має високу еластичність з бажаним модулем пружності менше 500 МПа, бажано менше 100 МПа 12 Пристрій за будь-яким з пп 1-11, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що коефіцієнти теплового розширення матеріалів зазначених шарів (113, 114, 115) є по суті однаковими 13 Пристрій за будь-яким з пп 1-12, який відрізн я є т ь с я тим, що адгезія між шарами (113, 114, 115) є щонайменше такою, як у найелабкішому з матеріалів 14 Пристрій за будь-яким з пп 1-12, який відрізняється тим, що кожний з напівпровідникових шарів (113, 115) створює одну суттєво еквіпотенціальну поверхню о (О 00 ю Винахід стосується силового транформатора чи реактора з повітряним охолодженням обмотки, виконаної кабелем з розпорками між шарами кабельної обмотки, призначеними для забезпечення повітряного охолодження і заземлення обмотки, структура якої підтримується механічними засобами Сучасні силові трансформатори звичайно мають масляне охолодження Осердя, яке складається з декількох стрижнів, з'єднаних ярмом, і обмотки (первинна, вторинна, контрольна) занурено у замкнену камеру, заповнену маслом Тепло, що генерується у обмотці і осерді, відводиться маслом, яке циркулює крізь обмотку і осердя, а також через ЗОВНІШНІЙ пристрій, де воно охолоджується Циркуляція масла може бути примусовою, і тоді масло циркулює під дією насоса, або природної конвекції, викликаною різницями температур масла Зовнішнє охолодження масла може бути повітряним або водяним, примусовим або природною конвекцією Масло є не тільки охолоджуючим, але також і ізолюючим засобом у високовольтних трансформаторах з масляним охолодженням Сухі трансформатори звичайно мають повітряне охолодження і охолоджуються натуральною конвекцією, оскільки навантажуються невеликими потужностями Винахід стосується охолодження плоских обмоток з осьовими каналами охолодження (див GB 1 147 049), або з каналами охолодження, утвореними у суцільній смоляній заливці (див ЕР 83107410 9), або з вентиляторами, що створюють взаємно поперечні струми під час пікових навантажень (див SE 7303919-0) Крім того, існуючі силові трансформатори мають спеціальні кільця, які забезпечують СТІЙКІСТЬ обмоток проти сил короткого замикання Обмотку монтують на осерді як єдиний вузол Після ЦЬОГО встановлюють пластини, які притискають до бар'єрного циліндра Усю конструкцію встановлюють у ЛІНІЮ на нижньому розпорному КІЛЬЦІ Стискаюче кільце, яким забезпечується попереднє стискання обмоток, розташовують між ярмом осердя і обмотками Таким чином, сили короткого замикання поглинаються ярмом залізного осердя через затискачі, які утримують пластини Обмотка реактора, призначеного для компенсації реактивної потужності, не має осердя і являє собою сукупність витків У US 5 036 165 описано кабель, ізольований внутрішнім і ЗОВНІШНІМ шарами піролізованого напівпровідникового скловолокна Також відоме з пат US 5 066 881 використання у динамоелектричній машині такої ізоляції, у якій шар піролізованого напівпровідникового скловолокна знаходиться у контакті з двома паралельними стрижнями, які утворюють провідник, а ІЗОЛЯЦІЮ у щілинах статора оточено ЗОВНІШНІМ шаром піролізованого напівпровідникового скловолокна Відзначено високі якості такого волокна, зумовлені тим, що воно зберігає опір навіть після пропитки За конструкційними ознаками найбільш близьким до силового трансформатору чи реактору, що заявляється, є реактор згідно з пат США 1 747 507 Вказаний реактор має обмотку утворену концентричне розташованими шарами Між суміжними витками обмотки розташовані радіальне горизонтальні розпорки Однак відомий пристрій не може забезпечити зменшення вихрових струменів, що викликає втрати на такі струмені, а також немає засобів для забезпечення СТІЙКОСТІ від короткого замикання Окрім того, для такого пристрою необхідні спеціальні засоби для його охолодження та складні засоби закріплення розпорок у конструкції Задачею винаходу є створення нового типу силового трансформатора або реактора, у якому конструкційні елементи, що скомпановані певним чином, забезпечують утворення охолоджуючих каналів, сприяють зменшенню вихрових токів, та забезпечують СТІЙКІСТЬ ВІД короткого замикання, підвищуючи тим самим ефективність роботи пристрою Поставлена задача вирішується тим, що у силовому трансформаторі або реакторі з обмоткою, утвореною концентричне розташованими шарами, згідно з винаходом, щонайменше один виток виконано високовольтним кабелем з ЗОВНІШНІМ напівпровідниковим шаром, а обмотка має розділяючі розпорки, встановлені паралельно осі між шарами і підтримуючі ЦІЛІСНІСТЬ обмотки у осьовому напрямі Цим вирішується задача протидії силам короткого замикання, причому затискуючі засоби, що поглинають ці сили у існуючих трансформаторах, можуть бути зроблені меншими за розмірами Це зменшує вихрові струми у цих засобах і, отже, знижує загальні втрати на такі струми Таким чином, обмотки утворюють - механічно компактний інтегральний вузол, який може поглинати напруження, викликані, наприклад, силами короткого замикання, не передаючи їх до залізного осердя трансформатора Створення між окремими шарами обмотки осьових циліндричних каналів, у яких розподіл охолоджуючого агента задовольняє різним вимогам охолодження обмотки Циліндричні канали створюються уведенням розпорок під час намотування обмотки Охолоджуючий потік створюється вентиляторами, а розпоркам надано таких розмірів, що ними створюється потік через канали, який відповідає вимогам охолодження окремих обмоток Додатковою перевагою такої конструкції трансформатора є те, що обмотки намотують на кабельних барабанах на кабельних заводах до встановлення їх на залізному осерді на МІСЦІ складання, що є суттєвим удосконаленням технології виготовлення трансформаторів такого типу Рекомендується, щоб розпорки виконували свою функцію разом з підтримуючими засобами, які простягаються радіальне по обидві боки шару, і утворюють механічну структуру кліткоподібної конструкції, у якій міститься концентричне укладені шари обмотки Доцільно, щоб підтримуючі засоби були утворені верхньою платою з отворами через які проходять і у яких у положенні паралельно осі закріплено розпорки Можливо, щоб верхня плата простягалася через усю обмотку радіальне від першого внутрішнього шару до крайнього зовнішнього шару Бажано мати кілька підтримуючих засобів), розташованих радіально і утворюючих спицеподібну утримуючу структуру, яка повністю покриває щонайменше один шар обмотки Підтримуючі засоби можуть бути утворені нижньою платою, на якій закріплено розпорки або тим, що нижня плата має отвори, через які проходять розпорки і у положенні паралельно осі притискаються до верхньої плати Найбільш доцільно мати кілька нижніх кінцевих плат, розташованих радіально і утворюючих спицеподібну утримуючу структуру, яка повністю покриває нижній бік шару обмотки Переважно, щоб ЗОВНІШНІЙ напівпровідниковий шар був заземлений Обмотка, переважно, може бути гнучка і мати електропровідну серцевину, оточену першим напівпровідниковим шаром, що оточує серцевину, ізолюючий суцільний шар, що оточує перший напівпровідниковий шар і другий напівпровідниковий шар, що оточує ізолюючий шар, причому між шарами існує адгезія Зазначені шари доцільно виготовляти з матеріалів, які мають такі еластичність і коефіцієнт теплового розширення, що зміни об'єму шарів, викликані коливаннями температури, компенсуються еластичністю матеріалів, завдяки чому шари зберігають взаємну адгезію при коливаннях температури, що виникають під час роботи Найбільш доцільно, щоб матеріал зазначених шарів мав високу еластичність з бажаним модулем пружності менше 500МПа, бажано менше ЮОМПа Коефіцієнти теплового розширення матеріалів зазначених шарів, переважно, по суті однакові Важливо, щоби адгезія між шарами була щонайменше такою, як у найслабкішому з матеріалів Достатньо, щоб кожний з напівпровідникових шарів створював одну суттєво еквіпотенціальну поверхню Згідно З винаходом, обмотка має розпорки, встановлені таким чином, що вони створюють охолоджуючі канали між концентричне розташованими шарами обмотки, а також являють собою засоби заздалегідного стискання обмотки у напрямку уздовж осі Винахід включає обмотку силового трансформатора або реактора Обмотку виконано високовольтним кабелем, намотаним на осердя трансформатора, причому вона має розпорки, встановлені паралельно осі обмотки, які радіально відокремлюють окремі шари обмотки і створюють цим осьові циліндричні канали охолодження Згідно З втіленням винаходу передбачено підпорки, встановлені таким чином, що вони також стискають обмотку у осьовому напрямі, створюючи інтегральний вузол обмоток, здатний, між іншим, поглинати механічні сили короткого замикання У силовому трансформаторі згідно з винахо 54486 дом обмотки виконано кабелем з суцільною екстругованою ІЗОЛЯЦІЄЮ типу, який використовують у силових мережах, наприклад, з поперечношитого поліетилену (ПШПЕ) або з етиленпропіленового каучука Такі кабелі мають внутрішній одно - або багатожильний провідник, оточуючий його внутрішній напівпровідниковий шар, оточуючий його суцільний ізолюючий шар і ЗОВНІШНІЙ напівпровідниковий шар, оточуючий ізолюючий шар Такі кабелі гнучкі, що є важливою властивістю, оскільки технологію виготовлення засновано, головним чином, на використанні згинаючого пристроя, який під час складання згинанням формує обмотку з кабеля Гнучкість кабеля з ПШПЕ дозволяє згин з радіусом приблизно 20см для кабеля діаметром 30см і приблизно 65см для кабеля діаметром 80см Термін "гнучкий" далі означає, що обмотка припускає згин радіусом, що приблизно у 4 рази, бажано у 8 - 12 разів перевищує діаметр кабеля Обмотка має бути укладена таким чином, щоб вона зберігала свої якості навіть після згину або після теплових напружень, що виникають під час роботи, тобто щоб шари зберігали зчеплення один з одним Тому вирішальне значення мають якості матеріалу шарів, у першу чергу їх еластичність і ВІДНОСНІ коефіцієнти теплового розширення У кабелях з ПШПЕ, наприклад, ІЗОЛЮЮЧІ шари виготовлено з поперечношитого поліетилену низької ЩІЛЬНОСТІ, а напівпровідникові шари виготовлено з поліетилену з домішком часток сажі та металу Завдяки порівняно невеликій різниці між коефіцієнтами теплового розширення відносно еластичності цих матеріалів радіальне розширення не викликає порушення адгезії між шарами, оскільки зміни радіуса кабеля, викликані змінами температури повністю поглинаються Сполучення матеріалів, описане вище, є лише прикладом Винахід включає також матеріали, що задовольняють наведеним вище вимогам і є напівпровідниками, тобто мають питомий опір у межах 10 1-106ом-см, наприклад, 1 - 500ом-см або 10 - 200ом-см Ізолюючий шар може бути виготовлений, наприклад, з суцільного термопластичного матеріалу, наприклад, поліетилену низької ЩІЛЬНОСТІ, поліпропілену, поліметилпентену, поперечношитих матеріалів, наприклад, поперечношитого поліетилену, або каучука, наприклад, етиленпропіленового або силіконового каучука Внутрішній і ЗОВНІШНІЙ напівпровідникові шари можуть бути виготовлені з тих же матеріалів, але з доданням часток електропровідного матеріалу, наприклад, сажі або металевого порошку Механічні якості цих матеріалів, зокрема їх коефіцієнти теплового розширення, порівняно мало залежать від виду домішку - сажі або металевого порошку або його наявності, принаймні утому, що стосується необхідної електропровідності згідно з винаходом Ізолюючий шар і напівпровідникові шари, таким чином, мають суттєво однакові коефіцієнти теплового розширення Такі полімери, як етиленвінілспівполімернонітриловий каучук, бутилграфто-поліетилен, співполімери етил єн бутил а крил ату і співполімери етиленетилакрилату, також придатні для виготов 54486 8 лення напівпровідникових шарів При використанмають засоби закріплення у вигляді гайки з різьня різних типів матеріалів для виготовлення різних бою або клинового пристроя Розпорки 8, 9 радішарів бажано, щоб вони мали суттєво однакові ально відходить від стрижня 12 (фіг 2) залізного коефіцієнти теплового розширення Це стосується осердя і разом з платами 4, 11 утворюють спицесполучень матеріалів, згаданих вище подібну структуру Згідно З бажаним втіленням, 12 кінцевих плат розташовано рівномірно по окружМатеріали, згадані вище, мають порівняно виності на обмотці 2, хоча КІЛЬКІСТЬ кінцевих плат соку еластичність і модуль пружності нижче може віріюватись у межах від 8 до 12 залежно від 500МПа, бажано нижче 200МПа Така еластичрозмірів обмотки П'ять розпорок розташовано ність у радіальному напрямку достатня для компеуздовж радіуса обмотки у цьому втіленні Розпорки нсації незначних різниць між коефіцієнтами тепло8, 9 створюють додаткові осьові канали охолового розширення матеріалів шарів, що запобігає дження 14, 15 між концентричними шарами 5, 6, 7 виникненню тріщин або інших пошкоджень і відоОхолодження обмотки здійснюється потоком повікремленню шарів один від одного Матеріалу шатря від вентилятора (не показаного) Розпорки 8, 9 рів властива еластичність, а адгезія між шарами проходять через усю обмотку паралельно її осі, і їх визначається найслабкішим з матеріалів встановлюють під час намотування Електропровідність двох напівпровідникових шарів достатня для вирівнювання потенціалу узОтже, кожна обмотка оточена каналом охолодовж кожного з них Електропровідність зовнішдження, через який тече потік повітря Вимоги нього напівпровідникового шару досить велика охолодження шарів різні і тому охолоджуючі потодля замкнення електричного поля у кабелі, але ки у концентричних каналах також мають бути різдосить мала, щоб запобігти суттєвим втратам, ними, внаслідок чого кожному каналу надано ВІДвикликаних струмами, наведеними уздовж шара ПОВІДНИХ розмірів Отже кожний з напівпровідникових шарів пракПершу розпорку 8 виготовлено з металу або з тично утворює еквіпотенційну поверхню, і електзміцненої пластмаси і покрито шаром гуми, яка ричне поле, утворене обмоткою, що має такі шари, грає роль пружини, що пом'якшує вібрацію обмотпрактично не виходить за її межі Припустимим є ки під час роботи Згідно З ОДНИМ З втілень засоби також формування одного або більше додаткових скріплення є клиновими, згідно з другим - гвинтонапівпровідникових шарів у ізолюючому шарі вим з гайкою, Таким чином обмотка може бути стиснута і функціонувати як окремий вузол ЗусилДалі наведено детальний опис винаходу з поля, яке виникає при стисканні достатнє для утрисиланнями на креслення, у яких мання витків на МІСЦІ, але досить мале, щоб його фіг 1 - схематичний вигляд уздовж осі центрамогла витримати ІЗОЛЯЦІЯ (З ПШПЕ) кабеля У льної частини обмотки згідно з винаходом, цьому втілення цей вузол закріплюється на осерді фіг 2 - вигляд за А-А фіг 1 обмотки з розпору будь-який придатний спосіб ками згідно з винаходом, фіг 3 - частковий вигляд через верхню кінцеву На фіг 3 зображено верхню плату 11 з отвоплату згідно з винаходом, рами 16, КІЛЬКІСТЬ яких відповідає КІЛЬКОСТІ розпорок 8, які проходять через отвори 16 і закріплені у фіг 4 - частковий вигляд через нижню кінцеву положенні паралельно осі гайкою 18 У випадку, плату згідно з винаходом, коли розпорка є електропровідною, її кінець з'єдфіг 5 - поперечний перетин високовольтного нують з заземленням 20 Крім того, верхній кінець кабеля згідно з винаходом серцевини 22 розпорки 8 зварюванням з'єднаний з На фіг 1 наведено поперечний перетин силоверхнім болтом 31 з різьбою 32, за допомогою якої вого трансформатора 1 з обмоткою 2 і витками З, гайка 18 притискає його до верхньої кінцевої плати укладених спіраллю, починаючи з нижньої плати 4 11 угору Витки можуть бути (але не обов'язково) з'єднані один з одним У втілення фіг1, як можна На фіг 4 зображено витки 33-40 обмотки, прибачити, можуть бути застосовані кабелі різних діачому 33 позначено внутрішній крайній виток, а 40 метрів Тому кожний шар має окремі підпорки а, б, ЗОВНІШНІЙ крайній Нижній кінець 43 розпорки 8 в у осьовому напрямі Між шарами 5, 6, 7 обмотки (фіг 4) з'єднано зварюванням з гвинтом 45, і гайка, знаходяться кілька розпорок 8, 9, причому перша яка насаджена на цей гвинт, притискає нижню розпорка 8 знаходиться між першим 5 і другим 6 плату 4 Кожна з розпорок 8 має гнучкі амортизашарами, другу розпорку 9 встановлено між другим тори 41, виготовлені, бажано, з гуми, їх товщина 6 і другим 7 шарами, і т д Кожну з розпорок 8, 9 відповідає відстані між витками з увагою нате, що закріплено на нижній платі 4, а закріплюючі засоби кабелі витків може мати різні діаметри Обмотка 10 зчеплюють їх з верхньої платою 11 скріплюється з осердям трансформатора через обмежувач 42, насаджений на різьбі на нижньому Як можна бачити, перша розпорка 8 товща за болті 44, закріпленому різьбою на осерді через другу і тому утворює більш широкий канал між базову плату 46 витками шару Обмотка 2 являє собою самостійний вузол, незалежний від залізного осердя і таФіг 5 містить поперечний перетин високоволький, що не вимагає утримання на осерді для комтного кабеля 111, призначеного для використання пенсації виникаючих сил короткого замикання як обмотки трансформатора згідно з винаходом Вона не обов'язково має контактувати з осердям у Кабель 111 має кілька мідних жил 112, які утвотак званому ВІКНІ Обмотка 2 оточує стрижень 12 рюють провідник, наприклад, круглого перетину, осердя, а и верхній і нижній КІНЦІ контактують з розташований у середині кабеля 111 Навколо ярмом 13, щоб мати зв'язок з іншим стрижнем (не провідника укладено перший напівпровідниковий показаним) Розпорки 8, 9 мають круглий або пряшар 113, навколо шару 113 - ізолюючий шар 114, мокутний перетин і щонайменше на одному КІНЦІ виготовлений, наприклад, з ПШПЕ Навколо ізо 54486 люючого шару 114 лежить другий напівпровідниковий шар 115 У цьому випадку високовольтний кабель не має зовнішньої оболонки, яку звичайно маютьтакі і кабелі Кабель має діаметр у межах 20 Ю ФІГ.2 Фіг.З 10 - 250мм і площу перетину провідника у межах 40 2 3000мм Винахід може бути застосований як у силовому трансформаторі, так і у реакторі В П 37 ,38 39 Фіг.4 Фіг.5 Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 40