ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ГАЗОНАПОЛНЕННЫЙ ТРАНСФОРМАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при конструировании измерительных трансформаторов напряжения высоких и сверхвысоких напряжений с газовым наполнением.
В настоящее время известен высоковольтный трансформатор напряжения наружной установки (DE 2452056 A, МПК: H01F 40/04, опубликовано 20.05.1976 г.) - [1], содержащий установленный на металлическом цоколе и заполненный изолирующей средой изоляционный фарфоровый корпус, внутри которого установлен прямоугольный магнитопровод с экранами, закрывающими ярма, с металлической трубой токовывода, с основной и дополнительной обмотками низкого напряжения (НН), намотанными на стержень, и с слоевой обмоткой высокого напряжения (ВН), которая намотана поверх основной обмотки низкого напряжения и закрыта электростатическим экраном, соединенным с ее линейным концом. Межслоевая изоляция обмотки ВН выполняется из полимерной пленки.
Такая конструкция трансформатора [1] обеспечивает равномерное распределение напряжения грозового импульса по обмотке ВН. Кроме того, использование полимерных пленок для межслоевой изоляции обеспечивает требуемую электрическую прочность обмотки ВН при воздействии на нее напряжения грозового импульса.
Однако конструкция данного трансформатора [1] обладает низкой надежностью из-за опасности взрыва трансформатора, что вызвано сложными технологическими операциями при намотке обмоток и установке активной части трансформатора в фарфоровый корпус и выполнением экрана обмотки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому трансформатору напряжения и выбранным в качестве прототипа является высоковольтный трансформатор напряжения (RU 2124246 C1, МПК: H01F 38/26, опубликовано 27.12.1998 г.) - [2], который содержит установленный на металлическом цоколе и заполненный изоляционным газом изоляционный фарфоровый корпус, внутри которого установлен изолирующий цилиндр из высокопрочного материала, закрепленный на нижнем фланце трансформатора посредством металлического кольца и заполненный изоляционным газом, с расположенным в нем прямоугольным магнитопроводом с экранами, закрывающими ярма, с металлической трубой токовывода, с основной и дополнительными обмотками низкого напряжения, намотанными на стержень, и с обмоткой высокого напряжения, намотанной поверх основной обмотки низкого напряжения и закрытой электростатическим экраном, соединенным с ее линейным концом и выполненным в виде цилиндра со сквозным разрезом по его образующей.
Установка внутри фарфорового корпуса в трансформаторе [2] изолирующего цилиндра из высокопрочного материала, который герметично закреплен внутри фарфорового корпуса, приводит к тому, что объемы, заключенные между фарфоровым корпусом и изолирующим цилиндром из высокопрочного материала и внутри изолирующего цилиндра, который закрыт металлическим фланцем, должны заполняться и откачиваться отдельно и давление газа в каждом объеме должно контролироваться отдельно.
Кроме того, каждый объем должен быть снабжен устройством для предотвращения аварийного роста давления, превышающего допустимое давление в каждом из объемов в устройстве [2].
Перечисленные обстоятельства приводят к значительному усложнению конструкции устройства, технологии его изготовления и повышению стоимости трансформатора напряжения [2].
Кроме того, существует возможность повреждения изолирующего цилиндра из высокопрочного материала, приводящая к такому же давлению газа в фарфоровом корпусе, как и в изолирующем цилиндре, снижает надежность устройства в целом.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание конструкции трансформатора напряжения, обеспечивающей возможность одновременного заполнения/откачивания объема между внутренней поверхностью фарфорового корпуса и внешней поверхностью изолирующего цилиндра из высокопрочного изоляционного материала, а также объема, который охвачен изолирующим цилиндром, и контроля давления газа в них одновременно.
Техническим эффектом от использования предлагаемого технического решения является:
- значительное удешевление устройства за счет отказа от части оборудования для измерения давления газа и закачки/откачки газа;
- облегчение технологии изготовления и обслуживания в процессе эксплуатации.
Решение поставленной задачи и соответствующий технический эффект достигаются тем, что в высоковольтном трансформаторе напряжения, содержащем 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, при этом в стенках изолирующего цилиндра из высокопрочного изоляционного материала выполнено, по крайней мере, одно сквозное отверстие.
Наличие сквозных отверстий в стенках изолирующего цилиндра позволяет одновременно заполнять или откачивать оба объема и, следовательно, поддерживать в них одинаковое давление при нормальной эксплуатации. При аварийном повышении давления в изолирующем цилиндр из высокопрочного изоляционного материала выполненные в его стенках сквозные отверстия, величины диаметров которых подобраны экспериментально или получены расчетным путем, позволяют одновременно ограничить скорость нарастания давления газа в самом изолирующем цилиндре и величину давления внутри фарфорового корпуса.
Сопоставление предлагаемого трансформатора напряжения с уровнем техники и отсутствие описания аналогичных технических решений в известных источниках информации, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию «новизна».
На фигуре схематически изображен в разрезе пример практической реализации предлагаемой конструкции газонаполненного трансформатора напряжения.
Предлагаемый на фиг. высоковольтный трансформатор содержит: установленный на металлическом цоколе (не показан) изоляционный фарфоровый корпус - 1, заполненный изолирующей средой (газом); магнитопровод - 2, например, прямоугольной формы; электростатические экраны - 3, 4 и 5, закрывающие два боковых и одно нижнее ярмо магнитопровода 2; металлическая труба - 6 токовывода; основная обмотка - 7 низкого напряжения (НН); дополнительная обмотка - 8 низкого напряжения; обмотка высокого напряжения (ВН) - 10; электростатический экран - 11, закрывающий обмотку высокого напряжения 10; изолирующий цилиндр - 12, выполненный из высокопрочного изоляционного материала; кольцо - 13; металлическая крышка - 14; нижний фланец - 15 трансформатора; нижнее металлическое кольцо - 16; полукольца - 17 и 18 для крепления нижнего фланца 15 к фарфоровому корпусу 1; верхний фланец - 19 трансформатора; верхние полукольца - 20 и 21 для крепления верхнего фланца 19 к фарфоровому корпусу 1.
При этом электростатический экран 11 может быть выполнен в виде цилиндра со сквозным разрезом по его образующей.
Кроме того, трансформатор снабжен контактным стержнем - 22, который гальванически соединяет металлическую крышку 14 с верхним фланцем 19.
При этом изолирующий цилиндр 12, в котором размещен магнитопровод 2 с электростатическими экранами 3, 4, 5 и трубой токовывода 6, а также основная 7, дополнительная 8 обмотки низкого напряжения и обмотка высокого напряжения 10, установлен внутри изоляционного фарфорового корпуса 1.
Причем, по меньшей мере, одна основная 7 и дополнительная 8 обмотки низкого напряжения намотаны на стержень 9 магнитопровода 2, а обмотка 10 высокого напряжения, которая намотана поверх основной обмотки 7, закрыта электростатическим экраном 11, соединенным с ее линейным концом.
Изолирующий цилиндр 12 плотно закрыт посредством кольца 13 металлической крышкой 14 и закреплен на нижнем фланце 15 трансформатора посредством нижнего металлического кольца 16.
При этом в стенках изолирующего цилиндра 12 выполнено, по крайней мере, одно сквозное отверстие - 23 небольшого диаметра, величину которого определяют экспериментально или расчетным путем.
Предлагаемый на фиг. высоковольтный трансформатор напряжения работает следующим образом.
При откачке воздуха их трансформатора сквозные отверстия 23, выполненные в стенках изолирующего цилиндра 12 из высокопрочного изоляционного материала, позволяют эвакуировать воздух при одинаковом остаточном давлении в обоих объемах, образованных:
- внутренней поверхностью фарфорового корпуса 1, наружной поверхностью изолирующего цилиндра 12 из высокопрочного изоляционного материала и обращенной к фарфоровому корпусу 1 стороной металлической крышки 14, верхним фланцем 19 и нижним фланцем 15;
- внутренней поверхностью изолирующего цилиндра 12 из высокопрочного изоляционного материала, нижним фланцем 15 и внутренней стороной металлической крышки 14, герметично закрывающей изолирующий цилиндр 12, выполненный из высокопрочного изоляционного материала.
При заполнении изолирующим газом отвакуумированных за один прием объемов давление газа в обоих объемах так же оказывается одинаковым, что требует использования всего одного комплекта контрольно измерительного оборудования для измерения давления газа или его плотности и одного комплекта оборудования для откачки и заполнения объемов трансформатора изолирующим газом.
При аварийном режиме, возникающем внутри изолирующего цилиндра 12 из высокопрочного изоляционного материала, скорость нарастания давления внутри объема, ограниченного внутренней поверхностью фарфорового корпуса 1 и внешней поверхностью изолирующего цилиндра 12, существенно меньше скорости нарастания давления внутри ограниченного внутренней поверхностью изолирующего цилиндра 12 объема. И, как следствие, давление в объеме, ограниченном внутренней поверхностью фарфорового корпуса 1, за счет пропускных возможностей сквозных отверстий 23, так же существенно меньше, чем давление внутри объема ограниченного внутренней поверхностью изолирующего цилиндра 12 из высокопрочного изоляционного материала.
Следовательно, наличие в стенках изолирующего цилиндра 12, по меньшей мере, одного небольшого отверстия 23 приводит к увеличению надежности как самого предлагаемого трансформатора в процессе его эксплуатации, так и за счет уменьшения числа используемого сложного вакуумного оборудования и контрольно измерительной аппаратуры. Кроме того, достигается значительное удешевление устройства за счет уменьшения количества используемой контрольно измерительной аппаратуры и технологического оборудования, необходимого для подготовки трансформатора напряжения к испытаниям и эксплуатации.