Вимірювальний трансформатор струму

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к измерительным высоковольтным трансформаторам тока. Задачей изобретения является повышение надежности и улучшение эксплуатационных параметров, расширение диапазона измерений и увеличение мощности трансформатора. Технический результат, который получен при осуществлении изобретения: - основным фактором получения положительного эффекта является пространственное решение в части расположения токопроводящих катушек вторичной обмотки, позволяющее максимально исключить пустоту, ранее существовавшую во вторичной обмотке и заполняемую различными материалами (в частности, конденсаторной бумагой и т.д.), дополнительно разместить практически в тех же габаритных размерах активной части еще одну (или несколько) индукционную катушку, необходимую для систем релейной защиты и автоматики, что в конечном итоге, позволяет повысить суммарную выходную мощность высоковольтного измерительного трансформатора тока на 30-35%, изменить место положения катушек между собой, т.е. их параллельный перенос не изменяет технических характеристик трансформатора; - при определенном соединении секций токопроводящих катушек с помощью отпаек достигается очередность переключения в близких коэффициентах трансформации, что позволяет получить высокие классы точности измерений и повысить качество измерений; - повышается надежность и улучшаются эксплуатационные параметры трансформаторов, т.е. расширяется диапазон измерений за счет увеличения коэффициентов трансформации и количества релейных защит, а также выходной мощности за счет увеличения количеств вторичных обмоток; - в главной изоляции токопроводящих катушек выполняются закладки, закрепленные по наружному диаметру каждой катушки и фиксирующие размеры вторичной обмотки в целом; закладки выполнены из полос кабельной бумаги; - между главной изоляцией и общей изоляцией вторичной обмотки размещаются изолирующие шайбы из твердого материала, например картона; шайбы улучшают условия изоляции токопроводящих катушек. Известный трансформатор тока (Патент ФРГ №2939934, кл. Η 01 F 40/06, опублик. 09.04.81) представляет собой рымовидную конструкцию с окном, через которое проходит одновитковая первичная обмотка. Магнитопровод с нанесенной вторичной обмоткой удерживается с помощью крепежных средств. Вторичная обмотка содержит три индукционные катушки - две катушки для релейной защиты и одна измерительная, которые расположены по периметру сечения обмотки так, что имеются пустоты в объеме обмотки, что и является недостатком, так как использование известной обмотки с двумя катушками (для релейной защиты) не позволяет полностью обеспечить потребность подстанций в релейной защите. При этом, когда для обеспечения технических требований энергетики ставят два трансформатора, то в одном из трансформаторов одна или две катушки не используются. Известный трансформатор тока (Бачурин Н.И, Трансформаторы тока. М. - Л., "Энергия", 1964, с. 221, рис. 10-22, рис. 10-23, с. 223, рис. 10-25) содержит два кольцевых сердечника со вторичными обмотками, расположенные один внутри другого и петлю первичной обмотки, которая сцеплена с комплектом вторичных обмоток. Петля первичной обмотки, как и сердечники вторичных обмоток, являются телами сложной, неправильной формы, заключенными внутри фарфоровой покрышки. Сердечник имеет подставку с ножками; ими он крепится к основанию. Петля первичной обмотки переходит в хвост, через который обмотка выводится к головке аппарата. Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: ограничение диапазона измерений; материалоемкость конструкции; наличие одного значения коэффициента трансформации. Известный трансформатор тока [Афанасьев В.В. и др. Трансформаторы тока. Л., "Энергоатомиздат", 1989, с. 256, рис. 7-1 или с. 257, рис. 7-2 (модернизированный)] содержит изоляционный корпус трансформатора, выполненный в виде фарфоровой покрышки, которая крепится к верхней плите цоколя с помощью нажимного хомута, шпилек и эксцентричных сухарей. Трансформатор имеет вторичные обмотки, собранные в единый комплект, на который наложена общая бумажная изоляция из кабельной бумаги. Под изоляцией закреплена металлическая подставка, с помощью которой вторичные обмотки установлены на цоколе. В плите цоколя имеются отверстия, через которые с помощью уплотнений проходят выводы вторичных обмоток. Зажимы вторичных обмоток, к которым подключается вторичная цепь, расположены на кожухе, находящемся внутри цоколя и закрытым крышкой. Вторичные обмотки выполняются секционированными для переключения коэффициента трансформации. Нужное соединение секции производится на вторичных зажимах. Первичная обмотка представляет собой петлю из гибкого изолированного провода. Она охватывает комплект вторичных обмоток и также изолирована кабельной бумагой. Причины, препятствующие получению требуемого) технического результата: - имеет стандартный класс точности; - ограничен двумя (или тремя) коэффициентами трансформации; - для получения широкого диапазона измерений используются несколько трансформаторов или трансформатор работает в узком диапазоне измерений с соответствующим коэффициентом трансформации, что фактически снижает точность измерений. Известный трансформатор тока (Патент Швейцарии № 324243, кл. Η 01 F 40/00, опублик. 1957), принятый за прототип, содержит первичную обмотку, магнитопровод, вторичную обмотку, выполненную из разных (множества) катушек с разными сердечниками, заполняющими круглое внутреннее сечение. Таким образом, трансформатор тока содержит расположенные в фарфоровой покрышке первичную и вторичную обмотки, при этом, последняя состоит из секций токопроводящих катушек прямоугольного сечения, которые выполнены с магнитопроводами. Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: - сложность конструкции; - материалоемкость конструкции; - ограничение диапазона измерений за счет низкого числа переключений в близких коэффициентах трансформации; - ненадежен в эксплуатации. В основу изобретения поставлена задача создания (или усовершенствования) измерительного трансформатора тока, в котором число витков в токопроводящих катушках вторичной обмотки выполняются разным при равенстве I 1W 1 = I 2W 2. Разность числа витков в токопроводящих катушках вторичной обмотки позволяет получать множество коэффициентов трансформации в одном трансформаторе (т.е. широкий требуемый диапазон измерений). При определенном соединении секций токопроводящих катушек с помощью отпаек достигается очередность переключения в близких коэффициентах трансформации, что позволяет получить высокие классы точности измерений и повысить качество измерений. При эксплуатации трансформатора тока за счет использования пустот сечения вторичной обмотки возможно перераспределение магнитного потока таким образом, что появляется возможность увеличения суммарной выходной мощности трансформатора за счет введения дополнительной катушки во вторичной обмотке. Перечисляем конструктивные элементы (детали, узлы), которые являются общими с аналогом (или прототипом): В трансформаторе тока содержатся расположенные в фарфоровой покрышке первичная и вторичная обмотки, при этом последняя состоит из секций токопроводящих катушек прямоугольного сечения с изоляцией, которые выполнены с магнитопроводами. Перечисляем конструктивные элементы (детали, узлы), которые впервые выполнены в заявляемом объекте. Трансформатор тока снабжен выводами отпаек, закладками, изолирующими шайбами из твердого материала, при этом каждая токопроводящая катушка в отдельности выполнена с разным числом витков, секции катушек выполнены с выводами отпаек. Число витков в токопроводящих катушках равняется следующему соотношению Ι 1W 2 + I 2W 2, где I 1 первичный ток, l2 - вторичный ток, W 1 - число витков первичной обмотки, W 2 - число витков. По I-му и II-му вариантам исполнения в трансформаторе тока в изоляции катушек установлены закладки для фиксирования размеров обмотки в целом. Закладки выполнены из полос кабельной бумаги. Между изоляцией катушек и общей изоляцией вторичной обмотки размещены шайбы из твердого материала. Причинно-следственная связь заключается в том, что вся вышеупомянутая совокупность существенных признаков, как каждый в отдельности, так и вместе, обеспечивает выполнение поставленной задачи изобретения - повышения надежности, улучшения эксплуатационных параметров, расширения диапазона измерений и увеличения числа переключений в близких коэффициентах трансформации и увеличения выходной мощности трансформатора. На фиг.1 показан общий вид измерительного трансформатора тока, I-й вариант исполнения трансформатора; на фиг.2 - общий вид измерительного трансформатора тока, II-й вариант исполнения трансформатора; на фиг.3 - вид А на фиг.1; на фиг.4 - вторичная обмотка трансформатора тока по I-ому варианту исполнения трансформатора; на фиг.5 - вид В на фиг,4; на фиг.6 - вид С на фиг.2, вторичная обмотка трансформатора тока по II-ому варианту исполнения трансформатора; на фиг.7 - выноска I на фиг.1 и 6. Измерительный трансформатор тока содержит активную часть, состоящую из первичной обмотки 1 и вторичной обмотки 2 (фиг.1 и 2). Первичная обмотка 1 и имеет выводы 3. Главная изоляция 4 активной части трансформатора - звеньевого типа. Активная часть, находящаяся в фарфоровой покрышке 5, залита жидким диэлектриком 6. Она устанавливается на металлическую подставку 7. В фарфоровой покрышке 5 располагаются первичная и вторичная обмотки 1 и 2. Согласно фиг.1 в 1-ом варианте исполнения трансформатора вторичная обмотка 2 выполняется из набора токопроводящих катушек, например, токопроводящих катушек 8, являющихся измерительными и выполненных с разными количеством витков или одинаковым, τ е. количество витков в секциях токопроводящих катушек 8 зависит от требуемого первичного тока, Для вышеуказанного трансформатора тока, в котором число витков в токопроводящих катушках 8 вторичной обмотки выполняется разным, справедливо равенство I 1W 2 = I 2W2, где I 1 - первичный ток, I 2 вторичный ток, W 1 - число витков первичной обмотки, W 2 - число витков вторичной обмотки. Разность числа витков в токопроводящих катушках 8 вторичной обмотки 2 позволяет получать множество коэффициентов трансформации в одном трансформаторе (т.е. широкий требуемый диапазон измерений). Секции токопроводящих катушек 8 вторичной обмотки 2 выполняются на магнитопроводах 9 и 10 (сердечниках), которые располагаются один возле другого (фиг.3). На каждый магнитопровод 9 и 10 в отдельности наматывают секции токопроводящих катушек 8 с разным количеством витков (или одинаковым), что позволяет получить необходимый коэффициент трансформации, близкий по своему значению к предыдущему, Каждая секция токопроводящих катушек 8 обеспечивается выводом отпайки 11 провода, выполненного необходимым количеством витков. Пример 1. Секции первой токопроводящей катушки. При количестве витков провода 800, вывод отпайки 11 выполняется на 200-ом и на 400-ом витках, в результате чего получается номинальный коэффициент трансформации на одной обмотке 5/5, 10/5, 20/5. Пример 2. Секция второй токопроводящей катушки, При количестве витков 1200 вывод отпайки 11 выполняется на 300-м на 600-м витках, в результате чего получается номинальный коэффициент трансформации на обмотке 7,5/5, 15/5, 30/5. В зависимости от величины первичного тока (I 1) и нагрузок, сечение магнитопроводов (сердечников) 9 и 10 в отдельности выполняется разным. Для исключения повреждения вторичной обмотки 2, по контуру подставки 7 расположена прокладка 12 из картона (фиг.3). Между токопроводящими катушками 8 расположена промежуточная шайба 13, изолированная конденсаторной бумагой 14 и предохраняющая от повреждения витки провода (фиг.4), На выводах отпаек 11 выполняется подмотка 15 из лакоткани, предохраняющая от повреждения провод. Вывод отпаек 11 маркируются с помощью бирок 16 (фиг.4, 5). Токопроводящие катушки 8 имеют наконечник 17 для заземления. В главной изоляции 4 токопроводящих катушек 8 выполнены закладки 18, закрепленные по наружному диаметру каждой катушки 8 и фиксирующие размеры вторичной обмотки 2 в целом (фиг.4). Закладки 18 выполнены из полос кабельной бумаги. При определенном соединении секций токопроводящих катушек 8 с помощью отпаек 11 достигается очередность переключений в близких коэффициентах трансформации, что позволяет получить высокие классы точности измерений и повысить качество измерений, Согласно фиг.2 (II-ой вариант исполнения трансформатора) вторичная обмотка 2 представляет собой набор (или комплект), например, 4 токопроводящих катушек 19, 20,21,22, на которые наложена главная изоляция 4. Токопроводящие катушки 19, 20, 21, 22 имеют магнитопроводы 9, 10 и секции катушек 19, 20, 21, 22 также выполнены с выводами отпаек 11 (отпайки 11 на фиг.5), Расположение токопроводящих катушек 19, 20, 21, 22 в комплекте выполнено так, что в сечении вторичная обмотка 2 близка к окружности, т.е. катушки 19, 20, 21, 22 вторичной обмотки 2 расположены по периметру сечения обмотки 2 и исключают его пустоты (фиг.6, 7). Комплект катушек представляет собой три катушки 19, 20, 21 для защиты (Р1, Р2, P3), а катушка 22 для измерения. Т.е. внутри 3-х катушек для защиты 19, 20, 21 расположена катушка 22 для измерения. В сечении вторичная обмотка 2 действительно близка к окружности, однако прямоугольная форма катушек 19, 20, 21, 22 не обязательна, катушки выполняются с округлением, достигаемым за счет наложения провода и изоляции. При этом между главной изоляцией 4 и. общей изоляцией вторичной обмотки 2 размещены изолирующие шайбы 23 из твердого материала (картона), которые улучшают условия изоляции катушек (фиг.7). По фиг.6 приближение сечения вторичной обмотки 2 к кругу достигается за счет рационального заполнения внутренней полости вторичной обмотки и введения дополнительной токопроводящей катушки для защиты 20 (Р3), при этом каждая из четырех токопроводящих катушек 19-22 в отдельности выполнена, преимущественно с разным числом витков (или одинаковым). Магнитная связь вторичной обмотки 2 с первичной обмоткой 1 остается неизменной. На фиг.6 и 7 изображен трансформатор, в главной изоляции 4 катушек 19-22 которого также выполнены закладки 18 из полос кабельной бумаги. При эксплуатации трансформатора тока, за счет использования пустот сечения вторичной обмотки 2, возможно перераспределение магнитного потока таким образом, что появляется возможность увеличения суммарной выходной мощности трансформатора за счет введения дополнительной катушки 20 (катушки защиты – Р3) во вторичной обмотке 2. Основным фактором получения положительного эффекта является пространственное решение в части расположения токопроводящих катушек вторичной обмотки, позволяющее; 1) максимально исключить пустоту, ранее существовавшую во вторичной обмотке и заполняемую различными материалами (в частности, конденсаторной бумагой и т.д.); 2) дополнительно разместить практически в тех же габаритных размерах активной части еще одну (или несколько) индукционную катушку, необходимых для систем релейной защиты и автоматики, что в конечном итоге позволяет повысить суммарную выходную мощность высоковольтного измерительного трансформатора тока 30-35%; 3) изменение места положения катушек между собой, т.е. их параллельный перенос не изменяет технических характеристик трансформатора. Предлагаемый трансформатор решает проблему безаварийной эксплуатации линий электропередач на класс напряжения 110 кВ и увеличивает количество пределов измерений.