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 А.М. 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 то, что они могут вступать в феррорезонанс с емкостями шин и конденсаторов, шунтирующих контактные разрывы высоковольтных выключателей. При этом по обмотке высокого напряжения трансформатора будут проходить недопустимые токи, что может привести к их повреждению.
Известен каскадный антирезонансный трансформатор напряжения (Патент на полезную модель РФ №133346, МПК H01F 38/16, 38/20, 2013 г.), принятый за прототип, содержащий несколько секций, каждая с отдельным магнитопроводом, выполненным в виде разомкнутого стержневого магнитного сердечника и секцией многослойной высоковольтной первичной обмотки с выводами, которые соединены последовательно; вторичные обмотки с выводами, сердечники трансформатора по два объединены в группы, каждая группа содержит секцию внутренней связующей обмотки, намотанную под высоковольтной первичной обмоткой на два сердечника, группы соединяют секции внешней связующей обмотки, намотанные поверх высоковольтной первичной обмотки на два сердечника соседних групп, при этом секции внутренний связующий обмотки соединены встречно-последовательно, секции внешний связующий обмотки соединены встречно-последовательно, а на нижний сердечник последней группы поверх многослойной высоковольтной первичной обмотки последовательно намотаны три вторичные обмотки.
Недостатком указанного трансформатора является низкий класс точности измерения напряжения.
Технический результат заключается в увеличении точности измерения, уменьшении амплитудной и фазовой погрешностей.
Технический результат достигается тем, что в каскадном антирезонансном трансформаторе напряжения, содержащем 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.
На фиг. 1 изображен каскадный антирезонансный трансформатор напряжения.
На чертеже использованы следующие обозначения: разомкнутые магнитные сердечники 1, многослойная высоковольтная первичная обмотка 2, внутренняя связующая обмотка 3, внешняя связующая обмотка 4, вторичная обмотка C1 - 5, вторичная обмотка C2 - 6, шунтирующие элементы - 7.
Количество разомкнутые магнитных сердечников 1 зависит от класса напряжения трансформатора (на фиг. 1 приведен каскадный антирезонансный трансформатор напряжения с тремя сердечниками). Каскады трансформатора выступают в качестве высоковольтных делителей напряжения.
Каскадный антирезонансный трансформатор, показанный на фиг. 1, включает разомкнутые магнитные сердечники 1. 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. Каждый сердечник образует каскад из двух секций внутренней связующей обмотки 3 и из двух секций высоковольтной первичной обмотки 2, соединенных последовательно, каскады соединяют секции внешней связующей обмотки 4, размещенные на двух соседних сердечниках 1. Такое расположение внутренних связующих обмоток 3 и внешних связующих обмоток 4 необходимо для выравнивания электрических потенциалов. На нижний разомкнутый магнитный сердечник 1, образующий нижний каскад трансформатора, поверх многослойной высоковольтной первичной обмотки 2 последовательно намотаны две вторичные обмотки: вторичная обмотка C1 5 и вторичная обмотка C2 6, поверх нее. При необходимости на вторичную обмотку C2 6 могут быть намотаны дополнительные вторичные обмотки. Внутренние связующие обмотки 3 соединены встречно-последовательно. Внешние связующие обмотки 4 соединены встречно-последовательно. 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 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.
Для уменьшения сопротивления обратного замыкания и увеличения точности измерения напряжения с торцов трансформатора установлены шунтирующие элементы 7 в виде двух коаксиальных цилиндрических колец из ферромагнитного материала.
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 7. 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, которая в свою очередь наводит токи в этих обмотках. На выводах вторичной обмотки C1 5 и вторичной обмотки C2 6 появляется напряжение, измеряемое вторичными приборами.
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, применение заявленной полезной модели обеспечивает увеличение класса точности трансформатора напряжения (уменьшение амплитудных и фазовых погрешностей) за счет вертикального соосного расположения разомкнутых магнитных сердечников 1, взаимного расположения многослойной высоковольтной первичной обмотки 2, внутренней связующей обмотки 3, внешней связующей обмотки 4, вторичной обмотки C1 5, вторичной обмотки C2 6 и использования шунтирующих элементов 7.