Испытательный трансформатор высокого напряжения комбинированный
COMBINED HIGH VOLTAGE TEST TRANSFORMER

Заявляемое в качестве изобретения техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для испытания высоковольтного электротехнического оборудования, в частности силовых трансформаторов, а также трансформаторов тока и напряжения.
Известно, что использование высоковольтного электротехнического оборудования в силовых цепях предъявляет к ним высокие требования в отношении надежности работы и точности измерения высокого напряжения, поэтому перед вводом в эксплуатацию такого оборудования необходимо проводить испытания, которые осуществляют с помощью испытательных трансформаторов высокого напряжения, имеющих значительные массогабаритные характеристики, а также испытывающих влияние внешних факторов, снижающих надежность.
Известен патент Российской Федерации № 2046427, МПК H01F38/34, приоритет от 9 ноября 1987 года на изобретение: “Высоковольтный измерительный трансформатор напряжения”, в частности комбинированный высоковольтный измерительный трансформатор тока и напряжения, находящийся под давлением изолирующего газа, выполненный в виде головки с сердечником, находящимся под высоким напряжением, который соосно окружает высоковольтная обмотка с соединительной клеммой, снабженная металлическим экраном с разрезом и также соосно окружающей его низковольтной обмоткой, с несущим каркасом, а также с окружающим высоковольтную и низковольтную обмотки заземленным соосным экранирующим электродом. Трансформатор имеет два металлических покрытия, расположенные изолированно друг от друга и концентрически друг другу с расстоянием, равным максимально 5 мм, образуя емкость; дополнительный металлический экран, металлические покрытия расположены между высоковольтной и низковольтной обмотками, одно из них, находящееся на стороне высокого напряжения, соединено выводом с соединительной клеммой для высоковольтной обмотки. Металлическое покрытие, находящееся на стороне низкого напряжения соединено электропроводно соединительными проводами кратчайшим путем с экранирующим электродом, с которым соединен дополнительный металлический экран. Металлический экран высоковольтной обмотки использован в качестве металлического покрытия. Металлическое покрытие, находящееся на стороне высокого напряжения, расположено на несущем каркасе низковольтной обмотки и электропроводно соединено через соединительный элемент с металлическим экраном высоковольтной обмотки.
Трансформатор имеет несколько слоев изолирующего материала в виде ленты или пленки, расположенных между металлическими покрытиями на стороне высокого напряжения и низкого напряжения, образуя между ними расстояние. Металлические покрытия выполнены в виде нанесенного на изолирующий каркас проводящего слоя, разделенного в направлении оси обмотки. Металлические покрытия выполнены в виде надвигаемого на изоляционный материал металлического цилиндра, разрезанного в направлении оси обмотки. Металлический цилиндр наклеен на изоляционном материале и/или укреплен посредством внешней изолирующей бандажной обмотки на изоляционном материале металлических покрытий. Вывод для соединительной клеммы высоковольтной обмотки изолирован относительно корпуса и выводов низковольтной обмотки и выведен на общую клеммную колодку.
Известен патент Российской Федерации № 139737, МПК H01F38/26 приоритет от 28 июня 2013 года на полезную модель: “Высоковольтный газонаполненный трансформатор напряжения”, содержащий установленный на металлическом цоколе и заполненный изолирующим газом изоляционный фарфоровый корпус, внутри которого установлен изолирующий цилиндр из высокопрочного изоляционного материала с размещенным внутри него магнитопроводом с экранами и металлической трубой токовывода, с, по меньшей мере, одной основной и дополнительной обмотками низкого напряжения, намотанными на стержень, и с обмоткой высокого напряжения, которая намотана поверх основной обмотки и закрыта электростатическим экраном, соединенным с ее линейным концом, и соединена с верхней металлической крышкой, плотно закрывающей изолирующий цилиндр из высокопрочного изоляционного материала, посредством металлической трубы токовывода, закрепленной в цилиндрическом электростатическом экране. В стенках изолирующего цилиндра из высокопрочного изоляционного материала выполнено, по крайней мере, одно сквозное отверстие.
Известен патент Российской Федерации № 2150762, МПК H01F38/26, приоритет от 14 октября 1998 года на изобретение: “Высоковольтный трансформатор напряжения”, содержащий заполненный изолирующей средой металлический корпус, внутри которого установлен прямоугольный магнитопровод с электростатическими экранами, закрывающими два боковых и одно нижнее ярма магнитопровода, с основной и дополнительной обмотками низшего напряжения, намотанными поверх стержня магнитопровода, и обмоткой высшего напряжения, намотанной поверх основной обмотки низшего напряжения и закрытой электростатическим экраном, соединенным с ее линейным концом и металлической трубой токовывода, закрепленной в электростатическом экране. Электростатический экран, закрывающий обмотку высшего напряжения, выполнен с двумя или более сквозными разрезами по его образующей, при этом соединение частей экрана в одном разрезе выполнено посредством изоляционной стяжки, а в остальных других - посредством металлической стяжки.
Известен патент Российской Федерации №130132, МПК H01F38/34, приоритет от 21 января 2013 года на полезную модель: “Устройство для измерения токов, напряжений и передачи данных по цифровому каналу связи”, содержащее корпус из изоляционного материала с высоковольтным конденсатором, высоковольтный блок с основным трансформатором тока, передатчиком и высоковольтным вводом, находящийся под потенциалом высокого напряжения, базовый блок с приемником, находящийся под нулевым потенциалом, при этом высоковольтный блок закреплен на корпусе из изоляционного материала. Передатчик высоковольтного блока соединен с приемником базового блока, а питание передатчика выполнено с возможностью передачи мощности от базового блока. Основной трансформатор тока закреплен на высоковольтном вводе и, наряду с низковольтным выходом высоковольтного конденсатора, соединен с входами передатчика. Устройство снабжено защитным трансформатором тока, модулем питания, датчиком температуры, расположенными в высоковольтном блоке, оптическими каналами питания и информации, расположенными в изоляционном корпусе, а также модулем оптической накачки и модулем питания на низком потенциале, закрепленными в базовом блоке. Защитный трансформатор тока установлен аналогично основному трансформатору тока на высоковольтном вводе и своими выходами соединен с передатчиком, причем входы питания передатчика соединены с выходом модуля питания, входы которого посредством оптического канала питания соединены с модулем оптической накачки и посредством проводящих каналов соединены с высоковольтным плечом высоковольтного конденсатора. Модуль питания выполнен с возможностью переключения питания, причем датчик температуры соединен с входом передатчика, а выход передатчика соединен с приемником посредством оптического канала информации, при этом входы питания модуля оптической накачки и приемника соединены с модулем питания на низком потенциале, выполненного с возможностью питания от сети 220 В. Высоковольтный конденсатор выполнен на основе пленочных конденсаторов с масляной пропиткой, а основной и защитный трансформаторы тока выполнены в виде катушек Роговского. Высоковольтный блок выполнен с возможностью электромагнитного экранирования передатчика.
Известен патент Российской Федерации № 182715, МПК G01R15/00, H01F38/20, H01F38/34, приоритет от1 6 февраля 2018 года, на полезную модель: “Трансформатор напряжения и тока комбинированный”, содержащий высоковольтный опорный трубчатый изолятор с делителем напряжения, трансформатор тока, измерительно-преобразовательный модуль, волоконно-оптическую линию связи с базовым блоком. Трансформатор тока выполнен в виде волоконного контура из магниточувствительного оптического волокна, охватывающего токовую шину, а волоконно-оптическая линия связи проложена в трубке, расположенной внутри высоковольтного опорного трубчатого изолятора, торцы которой герметично заделаны в верхний и нижний фланцы высоковольтного опорного трубчатого изолятора.
Наиболее близким аналогом заявляемого в качестве изобретения технического решения является патент Российской Федерации № 2297063, МПК H01F38/00, H01F38/36, приоритет от 19 октября 2004 года, на изобретение: “Трансформатор тока, совмещенный с конденсатором высоковольтного плеча емкостного делителя напряжения”, содержащий герметично закрепленный на металлическом основании изоляционный цилиндрический кожух, заполненный изоляционной средой, с герметично закрепленной внутри него изоляционной цилиндрической колонкой из высокопрочного материала, заполненной изоляционной средой, и металлический корпус, выполненный в виде цилиндра и заполненный изолирующей средой, в котором размещены первичная и вторичная обмотки, причем первичная обмотка выполнена в виде прямолинейного проводника, установленного по оси вторичной обмотки и закрепленного концами на боковых стенках металлического корпуса, а вторичная обмотка выполнена на тороидальных магнитопроводах, охваченных тороидальным металлическим экраном, закрепленным на верхнем конце опорной трубы, причем опорная труба установлена внутри изоляционной цилиндрической колонки из высокопрочного материала соосно с ней и нижним концом закреплена на металлическом основании. Опорная труба состоит из отрезков металлических труб и жестко соединяющего их отрезка трубы из изоляционного материала, а в полости опорной трубы проходят отвод от тороидального металлического электростатического экрана и отводы от вторичных обмоток, выведенных наружу через проходные изоляторы, установленные на основании устройства.
Недостаток известного технического решения заключается в невозможности использовать его для испытания высоковольтного электротехнического оборудования, в частности силовых трансформаторов, а также трансформаторов тока и напряжения из - за влияния электромагнитных полей, возникающих при взаимодействии в одном корпусе испытательного трансформатора высокого напряжения и двухэлектродного конденсатора.
Задачей заявляемого в качестве изобретения технического решения является создание испытательного трансформатора высокого напряжения комбинированного, обеспечивающего высокую надежность работы за счет уменьшения влияния внешних электромагнитных полей при одновременном снижении массогабаритных характеристик.
Поставленная задача решается тем, что в испытательном трансформаторе высокого напряжения комбинированном, содержащем цилиндрический корпус с основанием, заполненный изоляционной средой, внутри которого размещены магнитопровод с первичной и вторичной обмотками и конденсатор согласно изобретению конденсатор выполнен трехэлектродным, а первичные низковольтные и вторичные высоковольтные обмотки трансформатора расположены на прямоугольном магнитопроводе, закрепленном на основании с помощью скобы и охваченным электростатическими экранами, закрывающими боковые и торцевые поверхности обмоток высокого напряжения, намотанных поверх обмоток низкого напряжения, в верхней части корпуса герметично закреплена крышка, на которой закреплен изолятор, внутри которого установлена одна из обкладоктрехэлектродного конденсатора, выполненная в виде высоковольтногостержня, который верхней частью крепится к высоковольтному экрану с помощью болтов, другая обкладка конденсатора представляет собой заземленный экран ввода, соединенный сваркой с крышкой, третья обкладка конденсатора представляет собой дополнительный экран, состоящий из цилиндрической и фланцевый части, закрепленной на изоляционной шайбе, которая винтами крепится к крышке,кроме того, имеется герметичный разъем для снятия измерений с дополнительного экрана и контакт, обеспечивающий соединение герметичного разъема и дополнительного экрана.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлен испытательный трансформатор высокого напряжения комбинированный в разрезе, на фигуре 2 - фрагмент испытательного трансформатора высокого напряжения комбинированного с дополнительным экраном 13, на фигуре 3 - активная часть испытательного трансформатора высокого напряжения комбинированного.
В соответствии с представленными чертежами (фиг.1-3) испытательный трансформатор высокого напряжения комбинированный содержит герметично закрепленный на алюминиевом основании 4 цилиндрический корпус 5, заполненный изоляционной средой (элегазом), в котором размещен магнитопровод 1 с первичной и вторичной обмотками 2. Первичные низковольтные и вторичные высоковольтные обмотки 2 расположены на прямоугольном магнитопроводе 1, закрепленном на основании 4 с помощью скобы 9 и охваченным электростатическими экранами 11, 12, закрывающими боковые и торцевые поверхности обмоток высокого напряжения, намотанных на магнитопровод поверх обмоток низкого напряжения . В верхней части корпуса 5 герметично закреплена крышка 3, на которой закреплен изолятор 8, внутри которого установлена одна из обкладок трехэлектродного конденсатора, выполненная в виде высоковольтного стержня 6, который верхней частью крепится к высоковольтному экрану 10 с помощью болтов. Другая обкладка трехэлектродного конденсатора представляет собой заземленный экран ввода 7, соединенный с помощью сварки с крышкой 3. Третья обкладка конденсатора представляет собой дополнительный экран 13, состоящий из цилиндрической части и фланцевый части, закрепленной на изоляционной шайбе 14, которая при помощи винтов крепится к крышке 3. Дополнительный экран 13, являющийся третьей обкладкой конденсатора, изолирован от крышки 3 изаземленного экрана ввода 7, являющегося второй обкладкой конденсатора, изоляционной шайбой 14. Концы всех обмоток трансформатора выведены на основание 4 корпуса, а обкладок конденсаторов выведены на крышку 3. Электростатический экран 11 выполнен по форме тора и предназначен для экранирования высоковольтных витков обмотки трансформатора. Электростатический экран 12 служит для экранирования выводов обмоток и острых краев магнитопровода 1. Заземленный экран ввода 7, являющийся первой обкладкой конденсатора, соединен с помощью сварки с крышкой 3 и предназначен для исключения внешних помех дополнительного экрана 13 от скобы 9. Кроме того, имеется герметичный разъем 15, служащий для снятия измерений с дополнительного экрана 13, являющегося третьей обкладкой трехэлектродного конденсатора, и контакт 16, обеспечивающий соединение герметичного разъема 15 и дополнительного экрана 13.
Преимущество заявляемого в качестве изобретения технического решения заключается в том, что оно обеспечивает высокую надежность работы за счет уменьшения влияния внешних электромагнитных полей, так как в предлагаемом конструктивном решении заземленный электрод, выполненный в виде дополнительного экрана 13, обеспечивает стабильность электрической емкости между высоковольтным стержнем 6 и дополнительным экраном 13,так как она экранирована заземленным экраном от корпуса и поэтому на нее не влияют внешние электромагнитные наводки.
Кроме того, заявляемая конструкция, обеспечивающая стабильность электрической емкости, позволяет использовать конденсаторы, обладающие небольшими массогабаритными характеристиками, что в целом также снижает массогабаритную характеристику устройства, позволяющую выполнить его в компактном корпусе.