ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОВОДНИК СИЛЬНОТОЧНОГО ПРОХОДНОГО ИЗОЛЯТОРА
ELECTRICAL CONDUCTOR FOR HIGH-CURRENT BUSHING INSULATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электрическому проводнику согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Изобретение также относится к сильноточному проходному изолятору, содержащему электрический проводник указанного типа, и к способу изготовления сильноточного проходного изолятора.
Сильноточные проходные изоляторы применяются в трансформаторах электростанций и расположены в токовой цепи между генератором и первичными обмотками трансформатора в прерывателе генератора, который обычно герметизирован и нагружен номинальным током до 40 кА при сравнительно низком номинальном напряжении до 52 кВ. Из-за низкой диэлектрической нагрузки и высокой тепловой нагрузки в сильноточных проходных изоляторах используются относительно короткие электрические проводники большого диаметра. В результате тепло, создающееся из-за электрических потерь в электрическом проводнике проходного изолятора, быстро передается к его двум концам, каждый из которых представляет собой электрический вывод. Первый из этих двух электрических выводов погружен в трансформаторное масло и соединен с первичной обмоткой трансформатора. Этот вывод имеет две параллельные контактные поверхности. Второй электрический вывод обычно расположен в заполненной воздухом оболочке прерывателя генератора и соединен с токопроводящим проводником прерывателя.
Способность сильноточных проходных изоляторов выдерживать номинальную токовую нагрузку в значительной степени определяется сравнительно высокими температурами, которые возникают в электрических соединениях, и максимально допустимой температурой изоляционного материала, используемого в проходном изоляторе.
Уровень техники
Упомянутый выше электрический проводник используется в проходном изоляторе трансформатора типа GOH и описан в Технической Инструкции 1ZSE 2750-107 de, Редакция 1, 2000-04-15, выпущенной фирмой ABB Power Technologies AB Components, 77180, Лудвика/Швеция. Этот электрический проводник представляет собой прочный алюминиевый болт, первый конец которого погружен в трансформаторное масло. Электрический вывод и охлаждающиеся элементы отфрезерованы, при этом электрический вывод имеет две параллельные контактные поверхности. Второй конец болта выведен в воздух и снабжен четырьмя просверленными плоскими выводами, которые приварены к болту.
Электрический проводник сильноточного проходного изолятора типа RTXF, который может использоваться в трансформаторах, описан в документе D 4317, выпущенном компанией Micafil AG, Цюрих/Швейцария. Этот электрический проводник выполнен трубчатым и содержит расположенные с обоих концов трубы электрические выводы, которые имеют форму пластин и удерживаются на двух концевых пластинах, закрывающих оба конца трубы.
Известные электрические проводники содержат множество токопроводящих частей, которые соединены друг с другом сваркой или пайкой, следовательно, между этими двумя электрическими выводами в токовой цепи имеются соединения, которые увеличивают электрическое сопротивление в токовой цепи, увеличивая тем самым электрические потери.
Раскрытие изобретения
Объектами изобретения являются электрический проводник и сильноточный проходной изолятор с указанным проводником, которые характеризуются низкими электрическими потерями при компактной конструкции.
Согласно изобретению первый электрический вывод электрического проводника является полым и в поперечном относительно оси проводника сечении имеет овальный профиль с двумя продольными лобовыми поверхностями, которые образуют две контактные поверхности, и содержит полую секцию, расположенную между первым электрическим выводом и первым концом основного участка проводника, причем указанная полая секция соединяет первый электрический вывод с основным участком проводника и образует гладкий переход от двух контактных поверхностей первого электрического вывода к цилиндрической поверхности оболочки основного участка проводника, при этом в электрическом проводнике имеется второй электрический вывод, соединенный со вторым концом основного участка проводника без сочленения.
Электрический проводник согласно изобретению образован в виде единой токонесущей части и может быть изготовлен непосредственно из подходящего металла или сплава, например, на основе алюминия, без использования каких-либо сложных способов соединения. Благодаря отсутствию сочленений в токовой цепи между электрическими выводами, электрические потери при эксплуатации электрического проводника согласно изобретению являются более низкими, чем электрические потери при эксплуатации известного электрического проводника. Поскольку два электрических вывода образуют единое целое с токовой цепью без какого-либо сочленения, то достигается однородное распределение тока в электрическом проводнике, даже когда соединение соединительных проводников с источниками электропитания не сбалансировано или является неполным. Кроме того, благодаря овальному профилю первого электрического вывода и гладкому переходу от его двух параллельных контактных поверхностей к цилиндрической поверхности оболочки полой части проводника, с одной стороны, дополнительно снижаются электрические потери в токовой цепи, а, с другой стороны, исключается чрезмерно большой локальный нагрев электрического проводника. Овальный профиль первого электрического вывода содержит два криволинейных участка, которые соединяют две контактные поверхности друг с другом. Благодаря криволинейным участкам первый электрический вывод имеет высокую механическую прочность и, к тому же, электрический вывод отличается относительно большой площадью поверхности, которая быстро отводит наружу тепло, создающееся в электрическом проводнике в результате электрических потерь.
Чтобы увеличить номинальный ток, текущий в электрическом проводнике при эксплуатации, целесообразно внутри полой секции электрического проводника установить первую систему охлаждения. Встраивание в электрический проводник этой системы охлаждения, что предпочтительно с производственной точки зрения, достигается за счет использования ориентированных в осевом направлении охлаждающих элементов, размещенных на радиально проходящей концевой части стенки полой секции электрического проводника. В то же время охлаждающие элементы, предпочтительно выполненные в виде игл или ребер, защищены от механического повреждения прилегающей стенкой полой секции электрического проводника.
Замена нагретого хладагента, в частности, например, трансформаторного масла, которое находится в полой секции электрического проводника и отводит тепло от первой системы охлаждения и электрического вывода, улучшается, если в стенке, ограничивающей в радиальном направлении полую секцию электрического проводника с наружной стороны, образованы отверстия.
Если монтажное кольцо, которое проходит радиально наружу, имеет ориентированные в осевом направлении выступы, образованные в полой секции электрического проводника, то значительно упрощается изготовление сильноточного проходного изолятора, в котором используется электрический проводник.
Способность электрического проводника согласно изобретению выдерживать нагрузку большего номинального тока достигается благодаря тому, что часть проводника является полым цилиндром, второй электрический вывод сформирован в трубчатой выступающей части полого цилиндра, и полый цилиндр и трубчатая выступающая часть отделены друг от друга радиально расположенной уплотняющей пластиной. Электрические потери при эксплуатации электрического проводника существенно уменьшены, поскольку номинальный ток проходит в полой токовой цепи, располагаемой преимущественно линейно без сочленений и краев. Если внутри трубчатой выступающей части расположена вторая система охлаждения, имеющая ориентированные в осевом направлении охлаждающие элементы, размещенные на разделительной стенке, то благодаря повышенной эффективности охлаждения номинальный ток может быть еще больше увеличен.
Электрический проводник согласно изобретению и по меньшей мере одно из вышеупомянутых устройств, например, первая или вторая системы охлаждения и внешне доступное монтажное кольцо, которые могут быть выполнены за одно целое с электрическим проводником, их можно изготовить в виде отливки. В этом случае можно достаточно легко избежать нежелательных сочленений, и может быть встроено одно или несколько дополнительных устройств, которые способствуют охлаждению электрического проводника и облегчают изготовление сильноточного проходного изолятора, содержащего электрический проводник.
Сильноточный проходной изолятор с электрическим проводником согласно изобретению имеет первое монтажное кольцо, которое поддерживает предварительно напряженные пружины сжатия и удерживается электрическим проводником. Электрический проводник окружен соосной с ним полой цилиндрической оболочкой для контроля электрического поля, которая поддерживается предварительно напряженными пружинами сжатия, при этом монтажный фланец поддерживается оболочкой для регулирования возбуждения, при этом изолятор поддерживается монтажным фланцем, а монтажное кольцо, которое поддерживает изолятор, установлено на электрическом проводнике посредством посадки с натягом. Первое монтажное кольцо образовано в полой секции электрического проводника и имеет ориентированные в осевом направлении выступы для направления пружин сжатия.
Сильноточный проходной изолятор характеризуется низкими электрическими потерями и, соответственно, способностью выдерживать нагрузку большего номинального тока. Кроме того, он может быть изготовлен способом, подходящим для массового производства. При таком способе изготовления на ориентированные в осевом направлении выступы устанавливают пружины сжатия, по электрическому проводнику сверху продвигают опорное кольцо и устанавливают на свободных верхних концах пружин сжатия. Затем на электрический проводник насаживают уплотнительные кольца, оболочку для регулирования возбуждения, монтажный фланец, изолятор и второе монтажное кольцо. Сформированный таким образом узел предварительно напряжен силой, действующей на второе монтажное кольцо, при этом второе монтажное кольцо, установленное на электрическом проводнике посредством посадки с натягом, поддерживает силу предварительного напряжения. Изобретение поясняется чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан сильноточный проходной изолятор, который центрирован по оси А и имеет электрический проводник согласно изобретению, причем на частичном разрезе вдоль оси показана правая половина проходного изолятора, вид спереди;
на фиг.2 - электрический проводник проходного изолятора, изображенного на фиг.1, вид снизу;
на фиг.3 - электрический проводник проходного изолятора, изображенного на фиг.1, вид сверху.
Осуществление изобретения
Сильноточный проходной изолятор, показанный на фиг.1, является, преимущественно, цилиндрическим и симметричным относительно оси А и имеет электрический проводник S, окруженный соосными с ним полой цилиндрической оболочкой F для регулирования возбуждения и полым цилиндрическим изолятором I, окружающим эту оболочку Р.
Как известно, оболочка F для регулирования возбуждения является опорным изолятором с корпусом, навитым из отвержденного дюропласта, и может за счет емкости регулировать возбуждение в проходном изоляторе, при этом оболочка содержит изолирующую пленку и плоские металлические пластины, которые вмонтированы в пленку и электрически изолированы друг от друга. Нижний конец оболочки F установлен на опорном кольце SR, которое враспор удерживается гребнем, поддерживаемым на нижней части электрического проводника предварительно напряженными пружинами D сжатия. На поверхности оболочки для регулирования возбуждения выполнен заплечик (не показан на чертеже), к которому примыкает нижняя концевая поверхность монтажного фланца М. На верхнюю концевую поверхность монтажного фланца М установлена нижняя концевая поверхность изолятора I, который снабжен экраном. На верхнюю концевую поверхность изолятора I установлено монтажное кольцо Т, зафиксированное в верхней части электрического проводника S при помощи крепежного элемента, например, в виде стопорного кольца (условно не показан). Кольцевая полость, не показанная на чертеже, ограничена изнутри электрическим проводником S, сверху - монтажным кольцом Т, в основании - опорным кольцом SR и монтажным фланцем М, а с внешней стороны - оболочкой F и изолятором I. Кроме того, кольцевая полость закрыта изоляцией, которая не показана на чертеже, и заполнена изолирующим герметизирующим составом.
Проходной изолятор может быть установлен в любом требуемом положении в отверстии корпуса трансформатора, и посредством монтажного фланца М может быть обеспечено его воздухонепроницаемое и маслонепроницаемое соединение с корпусом. Нижний конец электрического проводника S является электрическим выводом 10, который при монтаже проходного изолятора электрически соединяют с первичной обмоткой трансформатора соединительными винтами, вставляемыми в отверстия 12 электрического вывода 10. При эксплуатации проходного изолятора электрический вывод 10 находится внутри трансформатора, который заполнен трансформаторным маслом. Верхний конец электрического проводника S является электрическим выводом 20, который аналогично электрически соединяют с фазовым проводом (обычно заключенным в заземленную, заполненную воздухом металлическую оболочку) прерывателя генератора при помощи винтов, вставляемых в отверстия 22. Проходной изолятор выполнен таким образом, что во время эксплуатации он может нагружаться номинальным током до 40 кА и номинальным напряжением до 52 кВ.
Электрический проводник S выполнен из электропроводной отливки, которую обычно изготавливают из литейного алюминиевого сплава. Эта отливка, в дополнение к двум электрическим выводам 10 и 20, имеет основной участок проводника в виде полого цилиндра 30, проходящего вдоль оси А и образующего оболочку с цилиндрической поверхностью. Электрический вывод 10 имеет две параллельные контактные поверхности 11, 11' (фиг.2). Часть контактной поверхности 11 показана на фиг.1. Эти два электрических вывода 10, 20 являются полыми. Как показано на фиг.2, электрический вывод 10 имеет в плоскости, перпендикулярный оси А, овальный профиль с двумя продольными лобовыми поверхностями, которые образуют две контактные поверхности 11, 11'. Между электрическим выводом 10 и нижним концом основного участка 30 проводника расположена полая секция 40 электрического проводника. Эта секция соединяет электрический вывод 10 с основным участком проводника 30 и образует гладкий переход от двух контактных поверхностей 11, 11' к цилиндрической поверхности оболочки основного участка проводника 30. Благодаря полым электрическим выводам 10, 20 и полой секции 40 электрического проводника электрический проводник S может подавлять вихревые токи и скин-эффект не только на основном участке 30 проводника, который имеет форму полого цилиндра, но и в его концевых областях.
Поскольку электрический проводник представляет собой отливку, он не имеет каких-либо сочленений в токовой цепи между двумя электрическими выводами 10 и 20. Сочленение образуется, когда электрический проводник изготавливают из двух или более частей. В таком случае при соединении двух частей образуется сочленение, которое затем заполняют, например, металлом посредством сварки или пайки, в результате чего части целиком соединяются друг с другом. Таким образом, при сопоставимых размерах и нагрузке электрические потери, возникающие при эксплуатации проходного изолятора согласно изобретению, и связанный с этими потерями нагрев проходного изолятора меньше, по сравнению с известным проходным изолятором, который имеет электрический проводник с по меньшей мере одним сочленением. Так как электрический вывод 10 имеет овальный профиль, а также благодаря гладкому переходу, в котором отсутствуют края и резкие изменения направления (обычно, составляющие 90° в известных устройствах), от двух параллельных контактных поверхностей 11, 11' к цилиндрической поверхности оболочки полого основного участка 30 проводника, дополнительно снижаются электрические потери в токовой цепи и локальный нагрев, поскольку по существу исключаются увеличенные потери мощности и сосредоточенные неоднородности, что происходило бы в противном случае.
Овальный профиль электрического вывода 10 имеет два криволинейных участка 13 и 13', (фиг.2), которые соединяют две контактные поверхности 11, 11' друг с другом. Эти криволинейные участки придают электрическому выводу 10 высокую механическую прочность. Кроме того, они увеличивают площадь поверхностности электрического вывода, благодаря чему тепло, создаваемое в электрическом проводнике S вследствие электрических потерь, быстро отводится в окружающее его трансформаторное масло.
Полая секция 40 электрического проводника, которая находится в трансформаторном масле, содержит первую систему 50 охлаждения. Эта система охлаждения выполнена за одно целое с радиально выступающей концевой частью 41 стенки полой секции 40 электрического проводника и имеет охлаждающие элементы 51 в виде игл или ребер. Полая секция 40 электрического проводника с внешней стороны в радиальном направлении ограничена стенкой, в которой выполнены отверстия 42. Благодаря отверстиям 42 трансформаторное масло, которое нагревается, поглощая тепло в первой системе охлаждения 50, вытекает радиально из секции 40 и электрического вывода 10, и может быстро заменяться холодным маслом, поступающим в осевом направлении.
В полой секции 40 электрического проводника установлено доступное извне монтажное кольцо 60 с направленными вдоль оси выступами 61, на которые установлены предварительно напряженные пружины сжатия D.
В трубчатой выступающей части 31 полого цилиндра 30 образован электрический вывод 20 (фиг.1 и 3) с множеством контактных поверхностей 21. В данном случае число контактных поверхностей равно восьми, и они образуют правильный многогранник. Полый цилиндр 30 и трубчатая выступающая часть 31, так же как электрический вывод 20, отделены друг от друга радиально направленной уплотняющей пластиной 32, с которой может быть выполнена за одно целое вторая система охлаждения 70, расположенная, если требуется, внутри заполненной воздухом трубчатой выступающей части 31. Вторая система охлаждения 70 имеет направленные вдоль оси охлаждающие элементы 71 в виде игл или ребер и, подобно первой системе охлаждения 50, повышает способность проходного изолятора выдерживать нагрузку номинального тока, обеспечивая дополнительное охлаждение электрического проводника S.
При изготовлении электрического проводника S сердечник отливной формы, который содержит стержень и определяет внутренние контуры трубчатой выступающей части 31, полого цилиндра 30 и концевой части 41 стенки, помещают в разъемную литейную форму. В этом случае литейная форма определяет внешние контуры трубчатой выступающей части 31, электрического вывода 20, полого цилиндра 30, а также определяет внутренние и внешние контуры полого электрического вывода 10 и полой секции 40 электрического проводника, включая монтажное кольцо 60, которое содержит опорные выступы 61 и первую систему охлаждения 50. Закрытую литейную форму заполняют расплавленным алюминиевым сплавом, и после охлаждения и удаления из пресс-формы получают электрический проводник S в виде отливки. Благодаря стержню, расположенному в сердечнике отливной формы, отливка имеет отверстие, которое расположено в центре концевой части 41 стенки и ограничено трубчатым соединительным штырем 43, выступающим вниз в осевом направлении. Для предотвращения проникновения масла внутрь полого цилиндра 30, трубчатый соединительный штырь закрыт пластиной 44, расположенной перпендикулярно оси А. Соответствующим образом стенкой 32, перпендикулярной оси А, предотвращается проникновение воздуха в полость электрического проводника S, ограниченную полым цилиндром 30.
Для соответствия конкретным техническим требованиям, предъявляемым к электрическому проводнику, отливка при необходимости может быть доработана с использованием механической обработки. Контактные поверхности 11, 11' и 21 обычно выполняют фрезерованием, а отверстия, предназначенные для направления соединительных винтов, так же как отверстия 42, выполняют сверлением.
При изготовлении сильноточного проходного изолятора сначала на ориентированные в осевом направлении выступы 61 устанавливают пружины сжатия D, вдоль электрического проводника S сверху продвигают опорное кольцо SR и устанавливают его на свободных верхних концах пружин сжатия. Затем на электрический проводник S насаживают уплотнительные кольца, оболочку F для регулирования возбуждения, монтажный фланец М, изолятор I и монтажное кольцо Т. Сформированный таким образом узел предварительно напряжен силой, действующей на монтажное кольцо Т, при этом монтажное кольцо Т, установленное на электрическом проводнике S на прессовой посадке при помощи крепежного элемента, поддерживает силу предварительного напряжения.
Перечень ссылочных позиций
10 - Электрический вывод
11, 11' - Контактные поверхности
12 - Отверстия
13, 13' - Криволинейные участки
20 - Электрический вывод
21 - Контактные поверхности
22 - Отверстия
30 - Основной участок проводника, полый цилиндр
31 - Трубчатая выступающая часть
32 - Уплотняющая пластина
40 - Секция электрического проводника
41 - Концевая часть стенки
42 - Отверстия
43 - Трубчатый соединительный штырь
44 - Уплотняющая пластина
50 - Первая система охлаждения
51 - Охлаждающий элемент
60 - Монтажное кольцо
61 - Выступ, направляющие элементы
70 - Вторая система охлаждения
71 - Охлаждающий элемент
А - Ось
D - Пружины сжатия
F - Оболочка для регулирования возбуждения
I - Изолятор
М - Монтажный фланец
S - Электрический проводник
SR - Опорное кольцо
Т - Монтажное кольцо