Високовольтний трансформатор струму з газовою ізоляцією

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтным трансформаторам тока высоких и сверхвысоких напряжений с газовой изоляцией, например SFe. Задачей изобретения является усовершенствование конструкции, повышение эксплуатационной надежности, уменьшение материалоемкости, расширение потребительских свойств и сокращение сроков сборки трансформатора. Технический результат, который получен при осуществлении изобретения: - усовершенствована конструкция (в зоне максимальной напряженности электрического поля имеются газовые промежутки без внесенных в них дополнительных конструктивных элементов из изоляционных материалов); - использована дешевая фарфоровая покрышка в качестве опорного изолятора; - повышена эксплуатационная надежность изделия; - поддерживающий плоский изолятор имеет отверстия и заземленная труба, внутри которой проходят отводы вторичных обмоток, является одновременно и электростатическим экраном; - трансформатор имеет узел дополнительного крепления комплекта вторичных обмоток к корпусу во время его транспортирования, кроме того перед вводом в эксплуатацию трансформатора · элемент крепления, так например, подводимая опора, отводится на необходимое расстояние от заземленного электростатического экрана без разгерметизации трансформатора; - уменьшена материалоемкость трансформатора; - снижен расход изоляционных материалов; - снижена стоимость трансформатора. В зоне максимальной напряженности электрического поля имеются газовые промежутки без внесенных в них конструктивных элементов из изоляционных материалов, что позволило не только значительно уменьшить их, повысить эксплуатационную надежность трансформатора, но и снизить рабочее давление газа, так например, до 1,5 ати и в качестве опорного изолятора использовать, так например, сравнительно дешевую фарфоровую покрышку. Наличие рабочего давления газа, SF6 не более 1,5 ати расширяет потребительские свойства трансформатора. Диапазон работы трансформатора в зоне низких температур увеличен до -50°С. Известный газонаполненный трансформатор тока опорного типа (авт.св. СССР №1426308, кл. Η 01 F 38/28, опубл. 23.09.88) содержит установленный на основании полый опорный изолятор с верхним фланцем. К верхнему фланцу прикреплен фланец чашеобразного изолятора таким образом, что его выпуклая часть обращена внутрь полого опорного изолятора. Полость опорного изолятора заполнена изоляционным пазом, например элегазом, под низким избыточным давлением (до 0,2 Μ Па), в связи с чем внутри изолятора образуется зона низкого давления. Кроме того, трансформатор содержит установленный на опорном изоляторе кожух с нижним фланцем, в котором расположены первичный проводчик (лервичная обмотка) охваченный одной или несколькими вторичными обмотками. К нижнему фланцу кожуха своей фланцевой частью прикреплен чашеобразный изолятор таким образом, что его выпуклая часть обращена внутрь кожуха. Полость кожуха заполнена изоляционным газом, например элегазом, под высоким избыточным давлением (до 0,5 МПа) в связи с чем внутри кожуха образуется зона высокого давления. Фланцевые части чашеобразных изоляторов скреплены между собой через промежуточную фланцевую часть так, что зоны низкого и высокого давления оказываются отделенными одна от другой газо-непроницаемой перегородкой, образованной чашеобразными изоляторами. Благодаря тому, что чашеобразные изолятора обращены один к другому вогнутыми поверхностями, между ними образуется полость, также заполненная изоляционным газом до 0,5 МПа. Отводы от вторичных обмоток расположены в заземленной трубе, которая проходит через чашеобразный изолятор, полость заполненную газом, чашеобразный изолятор и полость опорного изолятора. В полости, заполненную газом, между двумя чашеобразными изоляторами отводы от вторичной обмотки имеют разъемный контакт, а заземленная труба - рассечку. Таким образом, трансформатор тока опорного типа состоит из двух автономных модулей-модуля низкого давления, ограниченного по меньшей мере полым опорным изолятором и чашеобразным изолятором и модуля высокого давления, ограниченного кожухом и чашеобразным изолятором. Каждый модуль собирают и испытывают на заводе-изготовителе в специальных условиях, обеспечивающих чистоту. При этом модуль низкого давления можно перевозить по железной дороге в горизонтальном положении, не выходя за железнодорожные габариты. На месте монтажа модули соединяют один с другим, заполняют газом только полость, образованную двумя чашеобразными изоляторами, и трансформатор тока готов к работе. Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: - крепление вторичных обмоток к кожуху и промежуточному фланцу выполнено через чашеобразный изолятор в зоне максимальной напряженности электрического поля, что не только приводит к увеличению геометрических размеров между заземленными и токоведущими частями трансформатора, но и снижает надежность изделия в связи с тем, что с течением времени изменяется техническое состояние чашеобразного изолятора; - модуль высокого давления работает обычно под избыточным давлением 4 ати, что требует для обеспечения необходимой механической прочности деталей и узлов не только увеличенного расхода черных и цветных металлов, но и высокой точности и чистоты поверхностей сопрягаемых деталей для обеспечения герметизации разъемных соединений; - высокое рабочее давление в верхнем модуле приводит к снижению потребительских свойств изделия в зоне низких температур до минус 30°С; - трансформатор состоит из 2-х автономных модулей низкого и высокого давления, кроме того между ними имеется полостъ ограниченная двумя чашеобразными изоляторами, которая заполняется изоляционным газом в эксплуатации при монтаже трансформатора. Сборка изделия требует не только создания специальных условий - чистое производство, но и наличия соответствующего специального оборудования и соответствующих специалистов, кроме того, в каждом из 3-х автономных объемов потребуются устройства позволяющие их заполнение изоляционным газом, но и установка приборов контролирующих рабочее давление изоляционного газа. Известный высоковольтный трансформатор тока (см. авторское свидетельство (патент) №1538906, кл. Η 01 F 38/28, опублик. 23.01.1990 г.) (2), взятый за прототип, содержит корпус, установленный на изолирующей колонне, на верхнем конце которой закреплена замыкающая плита с уплотнением. Внутри корпуса расположена вторичная система, вторичные обмотки которой расположены в кольце с оболочкой из литьевой смолы. Вторичная система закрегілєна через опорный изолятор на замыкающей плите. На этой плите закреплен первичный проводник, выполненный U-образным. Его база проходит через кольцо, а обе стойки закреплены в замыкающей плите с помощью соединительных участков, проведенных через нее с уплотнением. Стойки проходят через замыкающую плиту и посредством соединительных контактов соединяются с внешним проводником. Известная конструкция требует: - сложных элементов вакуумплотного и газоплотного литья; - высокой точности при изготовлении деталей первичной обмотки в случае, если она состоит из двух и более проводников; - эпоксидной заливки комплекта вторичных обмоток с последующей экранизацией оболочки из эпоксида, а также установки закладных деталей для механического раскрепления комплекта вторичных обмоток и крепления трубы первичной обмотки; - увеличенного количества уплотняемых мест, что снижает условия герметичности. Причины, препятствующие получению требуемого технического результата:. - крепление через опорные изоляторы комплекта вторичных обмоток к замыкающей плите выполнено в зоне максимальной напряженности электрического поля, что не только требует увеличения геометрических размеров между заземленными и токоведущими частями трансформатора, но и снижает надежность изделия в связи с тем, что с течением времени изменяется техническое состояние изоляционных материалов; - трансформатор работает под обычным ~ 4 ати избыточным давлением изоляционного газа, что требует для обеспечения необходимой механической прочности деталей и узлов не только увеличенного расхода черных и цветных металлов, но и в качестве изоляционной колонны применение, так например, высокопрочного изолятора крайне сложного и дорогостоящего изделия; - высокое избыточное давление изоляционного газа требует высокой точности и чистоты поверхностей сопрягаемых деталей для обеспечения герметизации разъемных соединений. К указанным выше недостаткам следует отнести необходимость применения для изготовления изделий крайне сложных и дорогостоящих технологий кроме того, потребительские свойства изделий снижены в зоне низких температур до минус 30°С. В основу изобретения поставлена задача создания (или усовершенствования) Высоковольтного трансформатора тока с газовой изоляцией в котором новое выполнение узла крепления комплекта вторичных обмоток к корпусу во время транспортирования трансформатора, а во время его эксплуатации крепление комплекта вторичных обмоток выполняется только с помощью плоского изолятора, который расположен внутри фарфоровой покрышки на такой высоте от торца фарфоровой покрышки, при которой частичные разряды не превышают нормативной интенсивности между токоведущими элементами трансформатора и заземленной трубой - электрическим экраном при максимальном нормируемом напряжении и за счет этого расширяются потребительские свойства изделий, так например, при рабочем давлении SF6 равном 1,35 ати изделие может эксплуатироваться при отрицательных температурах ниже -50°С, кроме того, в качестве внешней изоляции вместо дорогостоящего изолятора может быть использована фарфоровая покрышка нормальной прочности. Перечисляем конструктивные элементы (детали, узлы), которые являются общими с аналогом (или прототипом): Высоковольтный трансформатор тока с газовой изоляцией содержит металлический корпус, внутри которого установлен комплект вторичных обмоток, последние заключены в торроидальный электростатический экран, кроме того, металлический корпус смонтирован на плите, а плита - на фарфоровую покрышку, последняя установлена на основании, отводы вторичных обмоток размещены в заземленной трубе, проходящей через фарфоровую покрышку. Перечисляем конструктивные элементы (детали, узлы), которые впервые выполнены в заявляемом объекте: Трансформатор дополнительно снабжен узлом крепления комплекта вторичных обмоток с подводимой опорой и элементом крепления; крепление комплекта вторичных обмоток выполнено с помощью плоского изолятора, который установлен внутри фарфоровой покрышки и через центральное отверстие которого проходит заземленная труба; узел крепления комплекта вторичных обмоток жестко установлен на корпусе по вертикальной оси трансформатора и включает в себя монолитную бобышку с фланцем, в центральное отверстие которого установлена подводимая опора с возможностью вертикального перемещения. Подводимая опора связана с элементом крепления, на конце которого закреплен наконечник с резьбой, который при транспортировании трансформатора жестко собран с помощью резьбового соединения в единое целое с электростатическим экраном, а перед вводом в эксплуатацию трансформатора наконечник извлекается из электростатического экрана и с помощью подводимой опоры отводится от экрана на необходимое расстояние без разгерметизации трансформатора, при этом наконечник с резьбой выполнен с возможностью уплотнения внутрь монолитной бобышки не менее чем на 15 мм. Подводимая опора во время транспортирования трансформатора закреплена к монолитной бобышке с помощью опорных втулок, болтов и гаек. Элемент крепления соединен с подводимой опорой с помощью резьбового соединения и штифта В монолитной бобышке установлена герметизирующая прокладка. Заземленная труба является одновременно электростатическим экраном. Электростатический экран Выполнен с отверстием, расположенным по оси трансформатора. Трансформатор дополнительно снабжен транспортным колпаком на время транспортирования или рабочим колпаком во время эксплуатации изделия. Узел крепления комплекта вторичных обмоток герметизирован с помощью транспортного колпака или рабочего колпака. Монолитная бобышка и фланец узла крепления комплекта вторичных обмоток герметизирован с помощью прокладок и болтов. Плоский изолятор имеет отверстия и разделяет внутреннюю полость трансформатора на два сообщающихся объема. Плоский изолятор расположен внутри фарфоровой покрышки на высоте Н, при которой частичные разряды не превышают нормативной интенсивности между токове-дущими элементами трансформатора и заземленной трубой - электростатическим экраном при максимальном нормируемом напряжении и которая соответствует следующей зависимости где Η - расстояние между верхней точкой фарфоровой покрышки и плоским изолятором; ЧР - частичные разряды между токоведущими элементами трансформатора и заземленной трубой; ЧРнорм - нормативная интенсивность частичных разрядов между токоведущими элементами трансформатора и заземленной трубой при максимальном нормируемом напряжении. Характер проявления новых свойств изобретения; - Крепление комплекта вторичных обмоток в рабочем состоянии выполнено с помощью плоского изолятора, который установлен внутри фарфоровой покрышки, через центральное отверстие которого проходит заземленная труба, являющаяся одновременно электростатическим экраном. - Плоский изолятор расположен от торца фарфоровой покрышки на такой высоте, при которой частичные разряды не превышают нормативной интенсивности между токоведущими элементами трансформатора и заземленными электростатическими экранами при максимальном нормативном напряжении. - Трансформатор дополнительно снабжен узлом крепления комплекта вторичных обмоток во время транспортирования трансформатора, который установлен к корпусу по вертикальной оси трансформатора и представляет собой монолитную бобышку, имеющую центральное отверстие для установки подводимой опоры, оканчивающейся элементом крепления, который соединен с подводимой опорой с помощью резьбового соединения и штифта. - Обеспечивается исключение из зоны с наибольшей напряженностью электрического поля изоляционных конструкций и позволяет иметь в указанной выше зоне только газовые промежутки. Наличие в зоне высокой напряженности газовых промежутков, без внесения в них поддерживающих комплект вторичных обмоток соответствующих элементов, выполненных из изоляционных материалов, повышает эксплуатационную надежность трансформатора, позволяет уменьшить расстояние между токоведущими и заземленными элементами трансформатора, кроме того, рабочее давление газа SFe, так, например, равное 1,35 эти позволяет эксплуатировать трансформатор при отрицательных температурах ниже -50°С. Причино-следственная связь заключается в том, что вся выше указанная совокупность существенных признаков, как каждый в отдельности, так и вместе, обеспечивает выполнение поставленной задачи изобретения - упрощение конструкции ее усовершенствование, повышение эксплуатационной надежности, уменьшение материалоемкости и сокращение сроков сборки трансформатора. Заявляемый высоковольтный трансформатор тока с газовой изоляцией поясняется графически, где на фиг. 1 показан вид высоковольтного трансформатора тока с газовой изоляцией; на фиг.2 - выноска I на фиг.1, (положение узла крепления комплекта вторичных обмоток во время эксплуатации трансформатора); на фиг.3 - выноска I на фиг.1 (положение узла крепления комплекта вторичных обмоток при транспортировании трансформатора). Высоковольтный газонаполненный опорный трансформатор тока содержит установленную на основании 1 полую фарфоровую покрышку 2 (фиг.1). Сверху фарфоповой покрышки 2 лежит плита 3, на которую, в свою очередь, установлен металлический корпус 4 трансформатора, который также заполнен элегазом. В металлическом корпусе 4 трансформатора установлен комплект вторичных обмоток 5. На плите 3 закреплен первичный проводник 6, который выполнен U-образным и охвачен комплектом вторичных обмоток 5, которые, в свою очередь, заключены в тороидальный электростатический экран 7, имеющий резьбовое отверстие 8, расположенное по оси трансформатора (фиг.2, 3). Отводы 9 вторичных обмоток 5 размещены в заземленной алюминиевой трубе 10, служащей одновременно экраном и проходящей через плоский изолятор 11, который разделяет трансформатор на два сообщающихся объема запол-ненных под одним давлением изоляционным газом, так как плоский изолятор 11 выполнен с отверстиями 12 (фиг.1). Трансформатор дополнительно снабжен узлом крепления 13 комплекта вторичных обмоток 5 при транспортировании трансформатора. Узел 13 установлен (приварен газоплотным швом) к корпусу 4 по вер* тикальной оси трансформатора и представляет собой монолитную бобышку 14, имеющую центральное отверстие 15 для установки подводимой опоры 16, оканчивающейся элементом крепления 17, который соединен с подводимой опорой 16 с помощью резьбового соединения и штифта 18. На конце элемента крепления 17 имеется наконечник 19 с резьбой для сборки с электростатическим экраном 7 с помощью резьбового отверстия 8 во время транспортирования трансформатора. Поддерживающая подводимая опора 16 и бобышка 14 герметизированы с помощью прокладки 20, фланца 21 и болтов 22. Крепление подводимой опоры 16 к монолитной бобышке 14 выполнено с помощью болтов 23, гаек 24 и опорных втулок 25 (фиг.2). Узел крепления 13 комплекта вторичных обмоток 5 дополнительно герметизирован с помощью транспортного колпака 26, прокладок 27 и болтов 28. Во время эксплуатации трансформатора, дополнительная герметизация узла крепления 13 комплекта вторичных обмоток выполняется с помощью рабочего колпака 29, прокладок 27 и болтов (фиг.3). Стойки 30 первичного проводника 6 оснащены плоскими экранами 31. Плоский изолятор 11 располагается внутри фарфоровой покрышки 2 на высоте Н, т.е. расстояние при котором частичные разряды (ЧР) не превышают нормативной интенсивности между токоведущими и заземленными элементами, трубой 10 при максимальном напряжении, т.е. расстояние Η соответствует следующей зависимости где ЧРнорм - нормируемая интенсивность частичных разрядов между токоведущими и заземленными элементами конструкции, при максимальном напряжении. Заявляемый высоковольтный трансформатор тока с газовой изоляцией работает следующим образом: Во время транспортирования трансформатора подводимая опора 16 узла крепления 13 комплекта вторичных обмоток установлена по вертикальной оси трансформатора и наконечник 19 элемента крепления 17 ввинчивается в отверстие 8 электростатического экрана 7. С помощью болтов 23, гаек 24, опорных втулок 25, подводимой опоры 16 и наконечника 17 выполняется дополнительное крепление комплекта вторичных обмоток во время транспортирования изделия к корпусу 4 через бобышку 14. Герметизация трансформатора в зоне узла дополнительного крепления 13 обеспечивается с помощью прокладок 20 и 27, а так же транспортного колпака 26 (см.фиг.3). Перед вводом в эксплуатацию трансформатора, наконечник 19 элемента крепления 17 выводится из отверстия 8 электростатического экрана 7 с помощью подводимой опоры 16, при этом, предварительно демонтируется транспортный колпак 26, болты 23, гайки 24 и опорные втулки 25. Одновременно, элемент крепления 17 отводится на необходимое расстояние от заземленного электростатического экрана 7 без разгерметизации трансформатора (фиг.2) и из элемента крепления 17 извлекается подводимая опора 16. Дополнительная герметизация узла крепления 13 выполняется с помощью рабочего колпака 29, прокладок 27 и болтов 28. Таким образом, в зоне максимальной напряженности электрического поля имеются газовые промежутки без внесенных в них конструктивных элементов из изоляционных материалов, что позволило не только значительно уменьшить их, но и повысить эксплуатационную надежность трансформатора кроме того, снижение рабочего давления газа - SF6, так например, до 1,3-1,5 ати не только не привело к увеличению габаритных размеров трансформатора, но и позволило в качестве внешней изоляции использовать дешевую, так например, фарфоровую покрышку 2 нормальной прочности. Верхнее крепление контакта вторичных обмоток 5, размещенных в электростатическом экране 7 и смонтированных на заземленной трубе 10 выполняется с помощью одного плоского изолятора 11, расположенного внутри, так например, фарфоровой покрышки на высоте Н, где Η-расстояние, при котором частичные разряды не превышают нормативной интенсивности между токоведущими и заземленными элементами так, например, трубой 10 при максимальном напряжении (U). Заявляемый высоковольтный трансформатор тока с газовой изоляцией позволяет: - упростить конструкцию; - уменьшить материалоемкость; - повысить эксплуатационную надежность; - повысить стойкость к перенапряжениям; - диапазон работы трансформатора в зоне низких температур увеличивается до -60°С.