ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

Полезная модель относится к электроаппаратостроению, а именно, к высоковольтным газонаполненным измерительным трансформаторам тока (например, элегазовым).
ε
0
Δ
ε
a
0
Известны высоковольтные трансформаторы тока (далее - трансформаторы), содержащие раму с основанием, заполненный электроизоляционным газом герметизированный объем в виде изоляционной цилиндрической покрышки с внутренним диаметром 2r с закрепленным на ней промежуточным фланцем, а также установленной на нем корпусной оболочкой с размещенными внутри ее блоками первичных и вторичных обмоток, причем последний установлен на цилиндрической стойке с наружным диаметром 2r соосно с продольной осью трансформатора, закрепленной на упомянутом основании, при этом промежуточный фланец соединен с цилиндрическим экраном с наружным диаметром 2r<2r, отстоящим от внутренней поверхности покрышки на расстоянии Δ и расположенным соосно с продольной осью трансформатора в промежутке между упомянутыми стойкой и покрышкой, причем торец экрана имеет криволинейное утолщение с наименьшим внутренним диаметром 2r>2r, обращенное к цилиндрической стойке (Электрические аппараты высокого напряжения с элегазовой изоляцией / Под ред. Ю.И. Вишневского - СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 2002, с. 330, рис. 8.1). Именно на этом утолщении электрическая напряженность принимает наибольшие значения и тем самым ограничивает уровень электрической прочности газовой изоляции трансформатора, не позволяя, в частности, применять в качестве электроизоляционного газа азот.
Задачей настоящей полезной модели является создание трансформатора с повышенным уровнем электрической прочности газовой изоляции благодаря оптимальной форме торца экрана, минимизирующей на нем максимальную электрическую напряженность.
ε
0
Δ
ε
a
0
a
Δ
b
a
0
Δ
Δ
a
a
a
a
a
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном трансформаторе, содержащим раму с основанием, заполненный электроизоляционным газом герметизированный объем в виде изоляционной цилиндрической покрышки с внутренним диаметром 2r с закрепленным на ней промежуточным фланцем, а также установленной на нем корпусной оболочкой с размещенными внутри ее блоками первичных и вторичных обмоток, причем последний установлен на цилиндрической стойке с наружным диаметром 2r соосно с продольной осью трансформатора, закрепленной на упомянутом основании, при этом промежуточный фланец соединен с цилиндрическим экраном с наружным диаметром 2r<2r, отстоящим от внутренней поверхности покрышки на расстоянии Δ и расположенным соосно с продольной осью трансформатора в промежутке между упомянутыми стойкой и покрышкой, причем торец экрана имеет криволинейное утолщение с наименьшим внутренним диаметром 2r>2r, обращенное к цилиндрической стойке, согласно формуле полезной модели профиль указанного утолщения в меридианном сечении между точками T и T математического описания профиля имеет форму эллипса с полуосями  и b>, причем ось эллипса длиной 2b параллельна оси трансформатора и удалена от нее на расстояние r, точка T отстоит от указанной оси эллипса на расстояние ≤0,6 в сторону оси трансформатора, а точка T отстоит от оси эллипса в противоположную сторону на расстояние , при этом указанные размеры определяются выражениями
2
3
на основе промежуточных параметров c, x и x, определяемых путем решения следующей системы трех нелинейных алгебраических уравнений
a
ε
Δ
при подстановке в эти уравнения величины  из (1) и задаваемых численно величин r, Δ и k≥0,3, при этом для отыскания более приемлемой конструкции экрана система (2) решается два раза, т.е. при n=2 и при n=3.
При выполнении всех указанных условий, соотношений и уравнений электроизоляционным газом может быть азот.
На фиг. 1 показано продольное сечение трансформатора с цилиндрическим экраном, на фиг. 2 - увеличенная часть этого экрана, на фиг. 3 - оптимизационная математическая модель торца экрана.
Трансформатор содержит раму с основанием 1, заполненный электроизоляционным газом герметизированный объем 2 в виде изоляционной цилиндрической покрышки 3, промежуточный фланец 4, корпусную оболочку 5, блоки первичных 6 и вторичных 7 обмоток, цилиндрическую стойку 8, цилиндрический экран 9 с криволинейным утолщением 10.
Δ
a
1
2
Трансформатор работает обычным образом, т.е. при протекании тока по первичной обмотке во вторичных обмотках (на фиг. 1 они не показаны) появляется электрическое напряжение. При этом в соответствии с формулой полезной модели при реализации в меридианном сечении экрана (фиг. 3) между точками T и Tуравнения эллипса  в точках x=x, x=x и y=-b с максимальными напряженностями обеспечивается их равенство и двукратная минимизация. Это максимально повышает уровень электрической прочности газовой изоляции и открывает возможности для применения азота в качестве электроизоляционного газа.
a
b
Указанная минимизация напряженности осуществлена с помощью координатно-структурного метода на основе семейства софокусных эллипсов, аппроксимирующих эквипотенциальные поверхности электрического поля (Острейко В.Н. Синтез потенциального поля заданной структуры и интенсивности за счет реализации определенного закона изменения характеристики среды // Электричество, 1978, №4, с. 25, 27, 28). При этом торцевой профиль между точками T и T может отличаться от эллиптического, а показанный на фиг. 2 размер h может равняться нулю, т.е. h≥0.
При выполнении трансформатора в соответствии с формулой полезной модели эллиптическая форма торца экрана двукратно минимизирует максимальную электрическую напряженность, обеспечивая возможности для применения азота в качестве электроизоляционного газа. Это свидетельствует о решении поставленной задачи.
Полезная модель уже реализована на ЗАО «ЗЭТО» (г. Великие Луки) применительно к трансформатору тока ТОГФ-110 с азотной изоляцией, который успешно прошел соответствующие испытания.