КАСКАДНЫЙ АНТИРЕЗОНАНСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для производства высоковольтных антирезонансных измерительных трансформаторов напряжения.
Известны каскадные трансформаторы напряжения серии НКФ (Дымков A.M. Трансформаторы напряжения, М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963. - С. 81-98), состоящие из одного, двух, трех или четырех блоков в зависимости от класса напряжения, в каждом блоке обмотка высокого напряжения разделена на две одинаковые последовательно соединенные секции, располагающиеся на противоположных стержнях двухстержневого магнитопровода, в каждом каскаде намотаны выравнивающие обмотки, соединенные встречно-параллельно, связующие обмотки также соединены встречно-параллельно и намотаны на всех каскадах кроме верхнего и нижнего.
Недостатком трансформаторов такой конструкции является невозможность выполнения коррекции угловой погрешности.
Известен каскадный антирезонансный трансформатор напряжения (Патент на полезную модель РФ №146922, МПК H01F 38/16, 2014 г.), принятый за прототип, содержащий магнитопроводы, выполненные в виде разомкнутых магнитных сердечников, на которых размещены секции многослойной высоковольтной первичной обмотки с выводами, соединенные последовательно; секции внутренних связующих обмоток, намотанные на сердечники под многослойной высоковольтной первичной обмоткой, соединенные встречно-последовательно; секции внешних связующих обмоток, намотанные поверх многослойной высоковольтной первичной обмотки, соединенные встречно-последовательно; две вторичные обмотки с выводами; сердечники установлены соосно вертикально, каждый сердечник образует каскад из двух секций внутренней связующей обмотки и из двух секций высоковольтной первичной обмотки, каскады соединяют секции внешней связующей обмотки, размещенные на двух соседних сердечниках, а вторичные обмотки намотаны последовательно поверх нижней секции высоковольтной первичной обмотки нижнего сердечника, при этом с торцов трансформатора установлены шунтирующие элементы в виде двух коаксиальных цилиндрических колец из ферромагнитного материала.
Недостатком указанного трансформатора является невозможность выполнения коррекции угловой погрешности.
Технический результат заключается в повышении точности измерения напряжения путем обеспечения возможности коррекции угловой погрешности измерительного трансформатора напряжения.
Технический результат достигается тем, что каскадный антирезонансный трансформатор напряжения, содержащий магнитопроводы, выполненные в виде разомкнутых магнитных сердечников, установленных соосно вертикально, каждый сердечник образует каскад из двух секций внутренней связующей обмотки, соединенных встречно-последовательно, и из двух секций многослойной высоковольтной первичной обмотки с выводами, соединенных последовательно, намотанной поверх внутренней связующей обмотки, каскады соединяют секции внешней связующей обмотки, размещенные на двух соседних сердечниках поверх многослойной высоковольтной первичной обмотки, соединенные встречно-последовательно, две вторичные обмотки с выводами, намотаны последовательно поверх нижней секции многослойной высоковольтной первичной обмотки нижнего сердечника, с торцов трансформатора установлены шунтирующие элементы в виде двух коаксиальных цилиндрических колец из ферромагнитного материала, содержит две дополнительные вторичные обмотки с выводами, намотанные поверх вторичных обмоток нижней секции многослойной высоковольтной первичной обмотки нижнего сердечника, причем вторичные обмотки попарно объединены в две группы, в которых они соединены параллельно, к одной из обмоток каждой группы подключен резистор.
На фиг. 1 изображен каскадный антирезонансный трансформатор напряжения. На фиг. 2 изображена электрическая схема каскадного антирезонансного трансформатора напряжения.
На фиг. 1, 2 использованы следующие обозначения: разомкнутые магнитные сердечники 1, многослойная высоковольтная первичная обмотка 2, внутренняя связующая обмотка 3, внешняя связующая обмотка 4, вторичная обмотка С1-5, вторичная обмотка С2-6, резистор - 7, дополнительная вторичная обмотка С3-8, дополнительная вторичная обмотка С4-9, шунтирующие элементы - 10.
Каскадный антирезонансный трансформатор напряжения содержит магнитопроводы, выполненные в виде разомкнутых магнитных сердечников 1, установленных соосно вертикально. Каждый разомкнутый магнитный сердечник 1 образует каскад из двух секций внутренней связующей обмотки 3 и из двух секций многослойной высоковольтной первичной обмотки 1 с выводами, намотанной поверх внутренней связующей обмотки. Секции внутренней связующей обмотки 3 соединены встречно-последовательно. Секции многослойной высоковольтной первичной обмотки 1 с выводами, соединены последовательно. Каскады соединяют секции внешней связующей обмотки 4, размещенные на двух соседних сердечниках поверх многослойной высоковольтной первичной обмотки 1. Секции внешней связующей обмотки 4 соединены встречно-последовательно. Вторичная обмотка C1 5 с выводами, намотана поверх нижней секции многослойной высоковольтной первичной обмотки 1 нижнего сердечника. Вторичная обмотка C2 6 с выводами, намотана поверх вторичной обмотки C1 5. Дополнительная вторичная обмотка C3 8 с выводами, намотана поверх вторичной обмотки C2 6. Дополнительная вторичная обмотка C4 9 с выводами, намотана поверх дополнительной вторичной обмотки С3 8. Вторичная обмотка С1 5 и вторичная обмотка С2 6 объединены в группу, в которой они соединены параллельно, к вторичной обмотке С2 6 подключен резистор 7. Дополнительная вторичная обмотка С3 8 и дополнительная вторичная обмотка С4 9 объединены в группу, в которой они соединены параллельно, к вторичной обмотке С4 9 подключен резистор 7. При необходимости на вторичную обмотку С4 9 могут быть намотаны дополнительные вторичные обмотки. С торцов трансформатора установлены шунтирующие элементы 10 в виде двух коаксиальных цилиндрических колец из ферромагнитного материала, для уменьшения сопротивления обратного замыкания и увеличения точности измерения напряжения.
Количество магнитных сердечников 1 с каскадами обмоток зависит от класса напряжения трансформатора. Каскады трансформатора, образованные разомкнутыми магнитными сердечниками 1 и секциями первичной обмотки 2, внутренней связующей обмотки 3, внешней связующей обмотки 4, вторичной обмоткой C1 5, вторичной обмоткой C2 6, дополнительной вторичной обмоткой C3 8, дополнительной вторичной обмоткой C4 9, выступают в качестве высоковольтных делителей напряжения.
Внутренние связующие обмотки 3 и внешние связующие обмотки 4, соединенные между собой, имеют одинаковые параметры (число витков и сечение), чем обеспечивается равенство их индуктивностей и наведенных в них ЭДС. Внутренние связующие обмотки 3 и внешние связующие обмотки 4 позволяют передавать энергию по магнитному полю с верхнего каскада трансформатора на нижний каскад, поддерживая трансформатор напряжения в заданном классе точности.
Вторичная обмотка C1 5, вторичная обмотка C2 6, дополнительная вторичная обмотка C3 8, дополнительная вторичная обмотка C4 9 находящиеся на нижнем каскаде, позволяют передавать энергию измерительным приборам, сохраняя уровень напряжения при номинальной нагрузке. Вторичные обмотки могут иметь один вывод подключенный к земле. Любая из вторичных обмоток может быть предназначена для измерения напряжения устройствами релейной защиты и автоматики, автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учета электроэнергии. Использование нескольких вторичных обмоток обеспечивает гальваническую развязку между различными потребителями информации о напряжении.
Количество витков многослойной высоковольтной первичной обмотки 2, количество витков вторичной обмотки C1 5, количество витков вторичной обмотки C2 6, количество витков дополнительной вторичной обмотки C3 8, количество витков дополнительной вторичной обмотки C4 9, а также сопротивление резисторов 7, выбирают таким образом, чтобы свести к минимуму угловую погрешность и погрешность напряжения.
При применении разомкнутых магнитных сердечников 1 кривая намагничивания магнитной системы трансформатора становится более пологой, что делает его антирезонансным, а конструкция самого трансформатора более компактной и удобной для выполнения высоковольтной изоляции.
Каскадный антирезонансный трансформатор работает следующим образом.
В основном работа каскадного антирезонансного трансформатора напряжения происходит также как у обычного трансформатора. Особенности работы состоят в следующем. При подаче переменного напряжения от внешнего источника электрического тока на многослойную высоковольтную первичную обмотку 2 трансформатора, создаются переменные магнитные потоки, проходящие вдоль соответствующих продольных осей разомкнутых магнитных сердечников 1 и замыкающиеся в окружающем пространстве по шунтирующим элементам 10. Переменный магнитный поток индуктирует электродвижущую силу в многослойной высоковольтной первичной обмотке 2, внутренних связующих обмотках 3, внешних связующих обмотках 4 и вторичной обмотке C1 5, вторичной обмотке C2 6, дополнительной вторичной обмотке C3 8, дополнительной вторичной обмотке C4 9, которая в свою очередь наводит токи в этих обмотках. Если ЭДС вторичной обмотки C1 5 и вторичной обмотки C2 6 отличаются друг от друга из-за разности числа витков, либо потокосцеплений, то в контуре (группе) образованном этими вторичными обмотками возникает ток, сдвинутый по фазе относительно ЭДС на угол, определяемый индуктивностью контура и его активным сопротивлением; наведенный ток в контуре создает падение напряжения на резисторе 7, что в целом приводит к изменению фазы и амплитуды напряжения на выводах вторичных обмоток, таким образом изменяя соотношение числа витков вторичной обмотки C1 5 и вторичной обмотки C2 6, а также величину сопротивления резистора 7 можно достичь минимальных значений погрешностей по напряжению и углу. Аналогично для группы дополнительной вторичной обмотки C3 8 и дополнительной вторичной обмотки C4 9.
При отсутствии нагрузки на трансформаторе (в режиме холостого хода) ток во внутренних связующих обмотках 3 и внешних связующих обмотках 4 отсутствует за счет встречного включения связующих обмоток и равенства их параметров. При подключении нагрузки возникает небаланс ЭДС и ток во внутренних связующих обмотках 3 и внешних связующих обмотках 4.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает повышении точности измерения напряжения.