ТРАНСФОРМАТОР ТОКА СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к высоковольтным измерительным трансформаторам тока с газовой изоляцией, применяемым для передачи сигнала измерительной информации приборам измерения и защиты.
Известен высоковольтный измерительный трансформатор тока с газовой изоляцией, состоящий из корпуса, выполненного из металла, заполненного элегазом или другим газом, многовитковой первичной обмотки, часть которой заключена в металлическую трубу, проходящую через окно комплекта вторичных обмоток, заключенных в тороидальный электростатический экран, при этом корпус установлен на изоляционной покрышке с ребрами, в которой помещены заземленная труба отводов и потенциальный экран, в котором многовитковая первичная обмотка целиком расположена внутри корпуса, а для фиксации ее витков использована изоляционная плита, а тороидальный электростатический экран с находящимися внутри него вторичными обмотками закреплен к изоляционной плите посредством трубы, выполненной из изоляционного материала, соосной с металлической трубой первичной обмотки (патент РФ №60267, H01F 38/38, H01F 38/30, опубл. 10.01.2007).
Недостатками этого решения являются сложность, низкая технологичность и высокая стоимость конструкции первичной обмотки из-за использования внутренних и внешних шин, необходимости защищать идущие по внешней поверхности корпуса проводники первичной обмотки от воздействия окружающей среды.
За прототип выбран трансформатор тока сверхвысокого напряжения с газовой изоляцией, содержащий опорный изолятор, установленный на нем металлический корпус с кольцевыми вторичными обмотками в электростатическом экране, и первичный проводник с контактными выводами («Электрические аппараты высокого напряжения с элегазовой изоляцией», под ред. Ю.И.Вишневского, СПб, Энергоатомиздат, СПб отделение, 2002, с.335)
Недостатками этого решения являются сложность, низкая технологичность и высокая стоимость конструкции из-за использования уникального опорного изолятора высотой 5-6 м.
В основу полезной модели положена задача создания высоковольтного измерительного трансформатора тока с газовой изоляцией, в котором за счет включения дополнительного экрана достигается унификация опорных изоляторов вследствие применения серийных изоляторов и технологичность сборки.
Решение технической задачи обеспечивается тем, что в трансформаторе тока сверхвысокого напряжения с газовой изоляцией, содержащем первичную и вторичную обмотки, размещенные внутри герметизированного объема, образованного состоящим из двух механически соединенных частей опорных изоляторов и установленным на нем металлическим корпусом, находящимся под высоким напряжением, в месте соединения двух частей опорного изолятора внутри объема установлен дополнительный цилиндрический экран, который вместе с металлическим корпусом и землей образует емкостной делитель напряжения, обеспечивающий равномерное распределение потенциала по высоте изолятора, причем радиус дополнительного цилиндрического экрана составляет 2.0÷3.0 радиуса заземленной опорной трубы вторичной обмотки, при этом верхняя торцевая часть цилиндрического экрана размещена в промежутке между заземленной опорной трубой и экраном металлического корпуса.
Введение дополнительного цилиндрического экрана позволяет вместо одного целого опорного изолятора использовать два изолятора серийного производства, что приводит к значительному снижению стоимости всего изделия.
Полезная модель поясняется фиг.1-2. На фиг.1 приведен трансформатор и его составные части, на фиг.2 - график относительной напряженности электрического поля в месте соединения двух частей опорного изолятора в зависимости от соотношения радиусов цилиндрического экрана и заземленной опорной трубы вторичной обмотки.
Трансформатор тока сверхвысокого напряжения с газовой изоляцией включает металлический корпус 1, опорные изоляторы 2 и 3, дополнительный цилиндрический экран 5, который вместе с экраном 4 металлического корпуса и заземленной трубой или стержнем 6 образует емкостной делитель напряжения, обеспечивающий равномерное распределение потенциала по высоте изолятора. Радиус цилиндрического экрана 5 составляет 2.0÷3.0 радиуса заземленной опорной трубы вторичной обмотки.
На фиг.2 показан график относительной напряженности электрического поля в месте соединения двух частей опорного изолятора в зависимости от соотношения радиусов цилиндрического экрана и заземленной опорной трубы вторичной обмотки. Из этого графика следует, что введение дополнительного экрана с соотношением радиусов от 2 до 3 обеспечивает относительный потенциал на фланце соединения двух опорных изоляторов 2 и 3 от 30 до 60% от общего потенциала, тем самым создавая необходимую равномерность напряжения по высоте изоляторов. Это приводит к отсутствию перекрытия внешней изоляции корпуса.
Применение составного изолятора приводит к появлению узла сочленения верхней и нижней частей, образованного двумя фланцами и принимающего «плавающий» потенциал, определяемый соотношением между емкостями и активными сопротивлениями в этой конструкции.
При наличии увлажненных загрязнений, равномерно распределенных на внешней поверхности опорного изолятора, потенциал узла сочленения определяется одинаковыми по величине активными сопротивлениями верхней и нижней части опорного изолятора и близок к половине потенциала высоковольтной токоведущей системы. Это обеспечивает равномерное распределение потенциала между двумя частями опорного изолятора и благоприятные условия работы внешней высоковольтной изоляции.
Емкость узла сочленения на высоковольтную часть трансформатора тока в два - три раза меньше, чем на заземленные элементы. Это приводит к тому, что под действием паразитных емкостей узла сочленения приобретает потенциал, не превышающий 20-25% потенциала высоковольтной части конструкции. При этом к верхней половине опорного изолятора, высота которой, по конструктивным соображениям, не превышает 40% полной высоты, приложено 75-80% полного напряжения. Это приводит к развитию разряда вдоль внешней поверхности опорного изолятора и перекрытию изоляции.
Поэтому в конструкцию введен дополнительный цилиндрический экран 5, гальванически связанный с узлом сочленения двух половин корпуса 1 опорного изолятора.
Назначение дополнительного цилиндрического экрана 5 -выравнивание распределения потенциала по высоте корпуса 1 опорного изолятора и обеспечить необходимую электрическую прочность главной изоляции трансформатора тока без увеличения его габаритных размеров.
Таким образом, наличие дополнительного экрана обеспечило выравнивание потенциала по высоте корпуса за счет отсутствия перекрытия его внешней изоляции, что, в свою очередь, обеспечило возможность создания более дешевого и технологичного составного опорного изолятора.