Устройство для контроля состояния изоляции высоковольтного ввода

Область техники
Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть применена для контроля состояния изоляции высоковольтных вводов электрооборудования, снабженных для этой цели измерительным выводом.
В настоящее время в эксплуатации используется большое количество высоковольтных вводов, являющиеся принадлежностью трансформаторов, реакторов и баковых масляных выключателей.
Измерительный вывод, для присоединения к которому предназначено заявляемое устройство, представляет собой изолированную шпильку, электрически соединенную с последней (заземляемой) обкладкой конденсаторного высоковольтного ввода, при этом шпилька выведена через боковой патрубок высоковольтного ввода, служащий корпусом измерительного вывода. В нормальных условиях эксплуатации (т.е. под рабочим напряжением) измерительный вывод должен быть заземлен во избежание пробоя изоляции высоковольтного ввода. Для этой цели указанный боковой патрубок (корпус измерительного вывода) снабжен наружной резьбой, на которую навернут защитный колпачок с контактным элементом, обеспечивающим электрический контакт измерительного вывода с металлическим кожухом высоковольтного ввода. Одна из возможных конструкций измерительного вывода высоковольтного ввода описана, например, в патенте RU 138399.
Уровень техники
Контроль состояния изоляции высоковольтного ввода производят путем измерения тока утечки, протекающего через измерительный вывод на заземленный кожух высоковольтного ввода. Устройства для контроля состояния изоляции фиксируют на измерительном выводе вместо штатного (заводского) заземляющего колпачка для того, чтобы обеспечить возможность измерения указанного тока утечки.
Известно устройство - аналог, содержащее узел защиты от импульсных перенапряжений на высоковольтном вводе, узел защиты от перенапряжений, вызванных обрывом цепи тока заземления, и трансформатор тока, первичная обмотка которого включена параллельно указанным узлам защиты между измерительным выводом и зажимом заземления, т.е. в рассечку цепи заземления измерительного вывода [RU78327]. Вторичная обмотка трансформатора тока предназначена для подключения к токоизмерительному устройству.
Известны устройства марки DB-2, выпускаемые в широкой номенклатуре фирмой DIMRIS, описание и фотографии которых доступны по ссылке https://dimrus.ru/db2.html. Согласно указанному описанию, «в устройстве DB-2 не происходит каких-либо преобразований контролируемых входных параметров, а только установлены дополнительные элементы защиты измерительного вывода контролируемого ввода во всех специальных режимах работы ввода; это приходится делать потому, что устройства «DB-2» устанавливаются на место защитных колпачков, замыкающих на землю измерительный вывод ввода». Таким образом, и в этих устройствах узлы защиты и параллельная им токоизмерительная цепь, подключаемая через электрический разъем, включены в рассечку цепи заземления измерительного вывода.
Недостаток обоих аналогов, проявляющийся при контроле состояния изоляции ввода под рабочим напряжении, заключается в повышенной вероятности обрыва цепи тока заземления измерительного вывода, поскольку штатная (т.е. предусмотренная заводом-изготовителем высоковольтных вводов) цепь заземления измерительного вывода разрывается и в нее вводятся дополнительные элементы - узлы защиты и подключаемая через разъем входная цепь токоизмерительного устройства.
В качестве прототипа выбрана конструкция устройства DB-2.
Сущность полезной модели
Технический результат полезной модели - повышение надежности и безопасности устройства контроля состояния изоляции высоковольтного ввода, благодаря тому, что в процессе контроля изоляции под рабочим напряжением измерительный вывод высоковольтного ввода непосредственно через корпус устройства (а не через внешнюю токоизмерительную цепь, как в аналогах) замкнут на кожух высоковольтного ввода, и, как следствие, упрощение устройства (исключается необходимость в узлах защиты от импульсных перенапряжений и от перенапряжений, вызванных обрывом цепи заземления измерительного вывода).
Предметом полезной модели является устройство для контроля состояния изоляции высоковольтного ввода, содержащее токопроводящий корпус, выполненный с возможностью его установки на измерительном выводе высоковольтного ввода и снабженный электрическим разъемом для внешнего подключения, отличающееся тем, что в корпусе закреплен заземляющий элемент, предназначенный для электрического соединения со шпилькой измерительного вывода, и размещена катушка индуктивности с возможностью трансформации в нее тока утечки, протекающего через измерительный вывод, при этом катушка индуктивности подключена к контактам электрического разъема.
Развития полезной модели состоят в том, что:
- корпус устройства может быть выполнен из одной детали или двух частей, имеющих резьбовое соединение;
- резьбовое соединение двух частей корпуса может быть уплотнено герметиком и зашунтировано токопроводящей перемычкой.
- заземляющий элемент может быть выполнен, например, в виде болта, вкрученного в резьбовое отверстие корпуса с возможностью электрического контакта со шпилькой измерительного вывода или в виде гибкой токопроводящей перемычки, один конец которой закреплен в корпусе, а другой - на шпильке измерительного ввода.
Выполнение корпуса устройства из одной детали упрощает конструкцию и технологию изготовления устройства, а выполнение корпуса из двух частей позволяет снизить требования к габаритам катушки индуктивности.
Краткий перечень фигур
На фиг. 1, в качестве примера, представлено заявляемое устройство, установленное на измерительном выводе высоковольтного ввода, корпус которого выполнен из двух частей, а заземляющий элемент - в виде болта. Фиг. 2 иллюстрирует процесс сборки устройства, показанного на фиг. 1. Фиг. 3 иллюстрирует выполнение устройства в корпусе из одной детали с заземляющим элементом в виде гибкой токопроводящей перемычки. Осуществление полезной модели с учетом ее развитей.
На фигурах обозначено:
1 и 2 - первая и вторая части токопроводящего корпуса устройства соответственно;
3 - резьбовое соединение частей 1 и 2 корпуса (фиг. 2);
4 - электрический разъем, закрепленный в части 2 корпуса, предназначенный для внешнего подключения к токоизмерительной цепи, т.е. входной цепи средства, контролирующего состояние изоляции высоковольтного ввода;
5 - катушка индуктивности, выводы которой подключены к контактам разъема 4;
6 - заземляющий элемент, в виде металлического болта, стержень которого ввернут при сборке устройства в резьбовое отверстие 7 части 2 корпуса.
Кроме того, на фигурах показаны: высоковольтный ввод 10, шпилька 8 измерительного вывода и его корпус 9 (представляющий собой боковой патрубок ввода 10), имеющий наружную резьбу 11 под штатный (заводской) заземляющий колпачок, взамен которого устанавливают заявляемое устройство.
Часть 1 корпуса имеет внутреннюю резьбу 12 для навинчивания на резьбу 11.
При сборке устройства выводы катушки 5 соединяют гибкими проводниками с контактами разъема 4, которым снабжена часть 2 корпуса. Затем катушку 5 помещают внутрь части 2 корпуса и соединяют части 1 и 2 корпуса с помощью резьбового соединения 3. При этом, во избежание проникновения атмосферной влаги внутрь корпуса устройства, резьбовое соединение 3 уплотняют герметиком (например, силиконовым или полиуретановым), который наносят на витки резьбы перед соединением частей 1 и 2 корпуса. Для обеспечения надежного электрического контакта разделенных герметиком частей 1 и 2 корпуса уплотненное резьбовое соединение 3 шунтируют гибкой токопроводящей перемычкой 13, концы которой крепят на соединяемых частях 1 и 2 корпуса (например, с помощью винтов).
Собранный корпус (с катушкой 5) устанавливают на измерительном выводе, обеспечивая его электрическое соединение с кожухом высоковольтного ввода. Для этого накручивают резьбу 12 на резьбу 11 корпуса 9 измерительного вывода, обеспечивая надежный электрический контакт корпуса устройства с металлическим кожухом ввода 10.
Затем в резьбовое отверстие 7 вворачивают болт 6. Стержень болта 6 пропускают через центральное отверстие катушки 5 и поджимают к шпильке 8 измерительного вывода. При этом болт 6 замыкает цепь заземления измерительного вывода, обеспечивая электрическое соединение шпильки 8 с кожухом ввода 10 через корпус устройства, а катушка 5 охватывает стержень болта 6 и/или шпильку вывода 8.
Заземляющий элемент может быть выполнен как показано на фиг. 3, - в виде гибкой токопроводящей перемычки 14, один конец которой закреплен на корпусе из одной детали 15 (например, с помощью винта 16, вкрученного в корпус изнутри), а другой - на шпильке 8 (например, с помощью гайки 17, навернутой на шпильку 8).
На фиг. 3 также показан возможный вариант установки корпуса заявляемого устройства на кожухе ввода 10 с помощью болтового соединения, обеспечивающего электрический контакт корпуса и кожуха.
Устройство работает следующим образом.
При контроле состояния изоляции ввода 10 под рабочим напряжением ток утечки изоляции протекает от последней обкладки конденсаторной изоляции ввода 10 через соединенную с ней шпильку 8 измерительного вывода и цепь заземления, включающую заземляющий элемент (болт 6 на фиг. 1 или перемычку 14 на фиг. 3) и корпус устройства (или его части 1 и 2, соединенные перемычкой 13), установленный с обеспечением электрического контакта с металлическим кожухом ввода 10. Таким образом, заявляемое устройство замыкает цепь заземления измерительного вывода.
Катушка 5 охватывает, по меньшей мере, один из элементов вышеописанной цепи заземления, расположенных в корпусе устройства (шпильку 8, элемент 6). В результате ток утечки, трансформируясь в катушку 5, наводит в ней вторичный ток, который через разъем 4 и соединительный кабель (не показан на фигурах) поступает в токоизмерительную цепь средства, контролирующего состояние изоляции ввода 10. Параметры измеряемого тока (величина, частота, фаза) полностью определяются током утечки изоляции ввода 10, протекающим через шпильку 8 измерительного вывода, что не накладывает каких-либо ограничений на метод контроля состояния изоляции.
Как видно из вышеописанного, благодаря тому, что в корпусе заявляемого устройства закреплен заземляющий элемент 6, предназначенный для электрического соединения с измерительным выводом (его шпилькой 8), и размещена с возможностью трансформации тока, протекающего через измерительный вывод, катушка 5 индуктивности, соединенная с контактами электрического разъема 4, цепь заземления измерительного вывода, формирующаяся при использовании заявляемого устройства, фактически повторяет заводскую цепь заземления при использовании штатного защитного колпачка. При этом не требуется вводить токоизмерительную цепь (включающую входную цепь токоизмерительного устройства и подводящие к ней провода) в разрыв цепи заземления измерительного вывода.
Это повышает надежность и безопасность устройства благодаря снижению риска обрыва цепи заземления, и позволяет упростить устройство, т.к. отсутствует необходимость защиты измерительного вывода от импульсных перенапряжений и перенапряжений, вызванных обрывом цепи заземления.