PL195878B1 - Przekładnik prądowo-napięciowy - Google Patents

Abstract

1. Przekładnik prądowo-napięciowy zawierający indukcyjny przekładnik prądowy z rdzeniami toroidalnymi i indukcyjny przekładnik napięciowy z rdzeniem trójkolumnowym, umieszczone odpowiednio w górnej i dolnej części przekładnika prądowo-napięciowego w obudowach metalowych i posiadający izolator z ekranami ekwipotencjalnymi wypełniony medium izolacyjnym, w którym uzwojenie pierwotne przekładnika napięciowego (15a) i uzwojenie wtórne przekładnika napięciowego (15b) nawinięte są na środkowej kolumnie rdzenia (16) (cylindrycznej rurze (24) z materiału izolacyjnego), stanowiącej złożenie współosiowe dwóch rdzeni prostokątnych, a ekrany ekwipotencjalne (13b) wbudowane w materiał izolacyjny naniesiony na wyprowadzenie wysokiego napięcia (11) przekładnika napięciowego połączone są z ekranami ekwipotencjalnymi (13a) wbudowanymi w materiał izolacyjny naniesiony na rurę (12) z wyprowadzeniami uzwojeń wtórnych (25) przekładnika prądowego tworząc połączenie galwaniczne między ekranami o tym samym napięciu indukowanym, przy czym medium izolacyjne (26) znajduje się w przestrzeni pomiędzy zaizolowanymi uzwojeniami przekładników prądowego i napięciowego i ich metalowymi obudowami oraz w przestrzeni pomiędzy zaizolowanymi wprowadzeniami uzwojeń przekładników przebiegających wzdłuż izolatora i wewnętrzną powierzchnią izolatora, znamienny tym, że izolacja przekładnika prądowego (2) składa się z warstwy żywicy (4a) otaczającej osłonę metalową (4c), w której znajduje się co najmniej jeden cylindryczny rdzeń (3) przekładnika prądowego (2), oraz z warstwy papieru izolacyjnego (4b) otaczającej ekrany ekwipotencjalne (13a) rury (12) wyprowadzenia uzwojeń wtórnych (25) przekładnika prądowego (2).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przekładnik prądowo-napięciowy, stosowany w układach energetycznych pomiarowych wysokiego napięcia, a w szczególności izolacja przekładnika prądowego wysokiego napięcia.

Dotychczas konstruowane przekładniki prądowo-napięciowe stanowią zespół składający się z indukcyjnych członów prądowych i napięciowych, w których poszczególne człony znajdują się w górnej lub dolnej części przekładnika (tak jak w rozwiązaniach przekładników firm ALSTHOM, PFIFFNER, RITZ), bądź tylko w górnej części przekładnika (tak jak w rozwiązaniach konstrukcyjnych firmy HEAFALY TRENCH). Istnieją również rozwiązania, w których jako człony napięciowe wykorzystywane są dzielniki pojemnościowe lub rezystancyjne bez części indukcyjnej, a jako człon prądowy wykorzystywana jest cewka Rogowskiego lub transduktory (tak jak w rozwiązaniach konstrukcyjnych firmy ABB Transmit Oy).

W znanych ze stanu techniki rozwiązaniach izolacji przekładników prądowych wysokiego napięcia zastosowany jest materiał izolacyjny w postaci samego papieru izolacyjnego, który obejmuje zarówno rdzenie magnetyczne jak i wyprowadzenie, w którym wbudowane są ekrany ekwipotencjalne. Rozwiązanie takie jest stosowane w przekładnikach, w których medium izolacyjnym jest olej, przekładniki, takich firm, jak: Pfiffer, Ritz, Trench, ABB, Arteche).

Żadne z tych rozwiązań nie gwarantuje niskiego zużycia materiałów izolacyjnych ani ochrony przekładnika przed przepięciami.

Ponadto każde ze znanych rozwiązań pociąga za sobą czasochłonny i pracochłonny proces wytworzenia izolacji na części przekładnika, w której znajdują się rdzenie magnetyczne z nawiniętymi uzwojeniami.

Celem przedmiotowego wynalazku jest zmniejszenie zużycia materiałów izolacyjnych, unowocześnienie konstrukcji przekładników wraz z poprawą parametrów jego działania oraz jego ochroną przed skutkami przepięć, jak również eliminacja opisanych wyżej trudności związanych z wykonaniem izolacji przekładnika prądowego wysokiego napięcia, zwłaszcza w przekładnikach napięciowych.

Przekładnik prądowo-napięciowy według wynalazku zawiera indukcyjny przekładnik prądowy z rdzeniami toroidalnymi i indukcyjny przekładnik napięciowy z rdzeniem trójkolumnowym, umieszczone odpowiednio w górnej i dolnej części przekładnika prądowo-napięciowego w obudowach metalowychi posiadający izolator z ekranami ekwipotencjalnymi wypełniony medium izolacyjnym. Uzwojenie pierwotne przekładnika napięciowego i uzwojenie wtórne przekładnika napięciowego nawinięte są na środkowej kolumnie rdzenia (cylindrycznej rurze z materiału izolacyjnego), stanowiącego złożenie współosiowe dwóch rdzeni prostokątnych. Stopniowane ekrany ekwipotencjalne izolatora z materiału przewodzącego prąd elektryczny wbudowane są w materiał izolacyjny naniesiony na wyprowadzenie wysokiego napięcia przekładnika napięciowego na całej jego długości, wzdłuż izolatora, aż do obudowy przekładnika prądowego i połączone są z ekranami ekwipotencjalnymi wbudowanymi w materiał izolacyjny naniesiony na rurę z wyprowadzeniami uzwojeń wtórnych przekładnika prądowego. Wtedy połączenie galwaniczne tworzy się między ekranami o tym samym napięciu indukowanym. W przestrzeni pomiędzy zaizolowanymi uzwojeniami przekładników prądowego i napięciowego i ich metalowymi obudowami oraz w przestrzeni pomiędzy zaizolowanymi wprowadzeniami uzwojeń przekładników przebiegających wzdłuż izolatora i wewnętrzną powierzchnią izolatora znajduje się medium izolacyjne.

Przekładnik prądowo-napięciowy zgodny z przedmiotowym wynalazkiem charakteryzuje się tym, że izolacja przekładnika prądowego składa się z warstwy żywicy otaczającej osłonę metalową, w której znajduje się co najmniej jeden cylindryczny rdzeń przekładnika prądowego, oraz z warstwy papieru izolacyjnego otaczającej ekrany ekwipotencjalne rury wyprowadzenia uzwojeń wtórnych przekładnika prądowego.

Korzystnie, warstwa żywicy stanowi warstwę żywicy epoksydowej.

Zastosowanie ogranicznika przepięć przyłączonego pomiędzy obudowę części napięciowej a izolowany zacisk uzwojenia pierwotnego części prądowej pozwala zabezpieczyć przekładnik prądowy przed skutkami przepięć mogących zaindukować się na zaciskach pierwotnych tego przekładnika, co zabezpiecza elementy składowe oraz izolację przekładnika prądowego przed skutkami przepięć łączeniowych i innych mogących wystąpić w linii, do której dołączony jest taki przekładnik.

Zastosowanie ogranicznika przepięć przyłączonego pomiędzy obudowę części napięciowej (część dolna) a obudowę przekładnika prądowego (część górna) i zacisk uzwojenia pierwotnego częPL 195 878B1 ści prądowej pozwala zabezpieczyć przekładnik prądowy przed skutkami przepięć bazowych, łączeniowych i innych, mogących wystąpić w linii, do której dołączony jest taki przekładnik.

Zastosowanie przedmiotowej izolacji przekładnika prądowego pozwala uzyskać wyższą jakość takiej izolacji, a jednocześnie upraszcza, skraca i obniża nakłady na przeprowadzenie procesu wytwarzania izolacji przekładnika prądowego, zwłaszcza w przekładnikach prądowo-napięciowych.

Przekładnik zostanie przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekładnik w częściowym przekroju głównym, afig. 2 - przekrój samej izolacji przekładnika prądowego.

Przekładnik według wynalazku uwidoczniony na fig. 1, w górnej części posiada przynajmniej jeden cylindryczny rdzeń 3 przekładnika prądowego umieszczony w osłonie metalowej i potem w materiale izolacyjnym z wbudowanymi ekranami ekwipotencjalnymi 4. Izolacja ta stanowi warstwę żywicy 4a, korzystnie epoksydowej, otaczająca osłonę metalową 4c z cylindrycznym rdzeniem 3. Przez środek rdzeni przebiega uzwojenie pierwotne 5, którego zacisk uzwojenia pierwotnego 20 przyłączony jest do metalowej obudowy przekładnika prądowego 2, a zacisk izolowany 7 oddzielony jest od obudowy w skrzynce połączeń 6 pełniącej również rolę obudowy zacisków przełączania przekładni zwojowej po stronie uzwojenia pierwotnego 5. Do zacisku izolowanego 7 uzwojenia pierwotnego 5 przekładnika prądowego 2 dołączony jest ogranicznik przepięć 8, którego drugie wyprowadzenie przyłączone jest do dolnej części metalowej obudowy przekładnika prądowego 9. W górnej części obudowy przekładnika prądowego 9 jest mieszek kompensacyjny 1 służący do kompensacji objętościowych zmian medium izolacyjnego, którym może być olej izolacyjny, sześciofluorek siarki czy też azot.

Materiał izolacyjny oraz ekrany ekwipotencjalne 13a pokrywające rurę 12, wewnątrz której umieszczone są wyprowadzenia uzwojeń wtórnych 25 przekładnika prądowego, są stopniowane. Ten materiał izolacyjny stanowi warstwa papieru izolacyjnego 4b. otaczająca ekrany ekwipotencjalne 13a rury 12 wyprowadzenia uzwojeń wtórnych 25 przekładnika prądowego 2, przymocowana do warstwy żywicy 4a.

Tak zbudowane wyprowadzenie uzwojeń wtórnych przebiega wzdłuż izolatora 10 aż do jego dolnej części i połączenia z obudową przekładnika napięciowego 14 umieszczonego pod izolatorem. Ekrany ekwipotencjalne 13a wbudowane w materiał izolacyjny naniesiony na rurę 12 z wyprowadzeniami uzwojeń wtórnych 25 przekładnika prądowego połączone są z ekranami ekwipotencjalnymi 13b wbudowanymi w materiał izolacyjny naniesiony na wyprowadzenia wysokiego napięcia 11 przekładnika napięciowego tak aby połączenie galwaniczne następowało między tymi ekranami, na których indukuje się to samo napięcie. Uzwojenie pierwotne przekładnika napięciowego 15a zaizolowane jest materiałem izolacyjnym z wbudowanymi ekranami ekwipotencjalnymi z materiału przewodzącego prąd elektryczny.

Uzwojenie pierwotne nawinięte jest na uzwojenia wtórne przekładnika napięciowego 15b, które są nawinięte na cylindryczną rurę 24 z materiału izolacyjnego. Wewnątrz rury umieszczone są kolumny dwóch rdzeni magnetycznych 16, które stanowią układ rdzenia płaszczowego dla uzwojeń przekładnika napięciowego. Od dołu przekładnik zamknięty jest dolną częścią metalowej obudowy przekładnika napięciowego 17, do której przymocowane są elementy 18, wewnątrz których wykonane są otwory służące do mocowania przekładnika do podłoża przy pomocy śrub.

Do górnej części metalowej obudowy przekładnika napięciowego 14 przymocowany jest wspornik 23, do którego przymocowany jest ogranicznik przepięć 21. Zacisk wysokiego napięcia ogranicznika przepięć przymocowany jest do zacisku uzwojenia pierwotnego przekładnika prądowego za pomocą elementu łączącego 22.

Wyprowadzenia uzwojeń wtórnych przekładników prądowego i napięciowego oraz zacisku uzwojenia pierwotnego przekładnika napięciowego przeznaczonego do uziemiania umieszczone są w skrzynce zaciskowej 19.

Działanie przekładnika według wynalazku opiera się na transformacji sygnałów elektrycznych przy pomocy strumienia magnetycznego, który wiedziony jest przez magnetowód czyli rdzeń magnetyczny. Prąd płynący poprzez uzwojenie pierwotne 5 przekładnika prądowego wytwarza wokół siebie pole magnetyczne, które wiedzione jest głównie przez magnetowód wykonany z materiałów magnetycznych. Strumień ten powoduje zaindukowanie się prądu w uzwojeniach wtórnych 25 przekładnika prądowego nawiniętych na magnetowód czyli rdzeń magnetyczny 3. Prąd zmniejszony o wartość przekładni zwojowej czyli stosunku ilości zwoi opasających rdzeń magnetyczny uzwojenia wtórnego 25 do ilości zwoi uzwojenia wtórnego przepływa wyprowadzeniami uzwojeń wtórnych poprzez zaciski

PL 195 878 B1 wtórne umieszczone w skrzynce zaciskowej 19 do urządzenia pomiarowego, bądź zabezpieczeniowego, które to urządzenia są zasilane w ten sposób przez przekładnik prądowy.

W przypadku przekładnika napięciowego, napięcie wysokiego napięcie jest przetransformowane przy pomocy rdzenia 6 przekładnika napięciowego na niskie napięcie w stosunku: ilość zwoi uzwojenia pierwotnego 15a do ilości zwoi uzwojenia wtórnego 15b. Tak przetransformowane napięcie zasila urządzenia pomiarowe, bądź zabezpieczeniowe, poprzez wyprowadzenia uzwojeń wtórnych podłączone do zacisków w skrzynce zaciskowej 19.

Ogranicznik przepięć 8 podłączony między obudowę górną przekładnika prądowego 9 a zacisk izolowany 7 przekładnika prądowego ma na celu ochronę izolacji uzwojenia pierwotnego przekładnika prądowego przed przebiciem elektrycznym w skutek przepięć mogących pojawić się na zaciskach pierwotnych przekładnika prądowego.

Ogranicznik przepięć 21 podłączony pomiędzy zacisk uzwojenia pierwotnego 20 przekładnika prądowego a dolną obudowę przekładnika napięciowego 14 ma na celu ochronę izolacji głównej 26 między uzwojeniami pierwotnymi a wtórnymi obu przekładników przed skutkami przepięć elektrycznych mogących się pojawić w sieci elektrycznej w której zainstalowany jest przekładnik.

Warstwa żywicy 4a, stanowiąca izolację żywiczną, jest wytwarzana w odrębnym procesie zalewania obudowy metalowej 4c, w której znajduje się przynajmniej jeden uzwojony rdzeń 3. Następnie izolacja z warstwy papieru izolacyjnego 4b otaczająca ekrany ekwipotencjalne 13a rury 12 wyprowadzenia uzwojeń wtórnych 25 przekładnika prądowego 2 jest mocowana do warstwy żywicy 4a.

Claims (2)

1. Przekładnik prądowo-napięciowy zawierający indukcyjny przekładnik prądowy z rdzeniami toroidalnymi i indukcyjny przekładnik napięciowy z rdzeniem trójkolumnowym, umieszczone odpowiednio w górnej i dolnej części przekładnika prądowo-napięciowego w obudowach metalowych i posiadający izolator z ekranami ekwipotencjalnymi wypełniony medium izolacyjnym, w którym uzwojenie pierwotne przekładnika napięciowego (15a) i uzwojenie wtórne przekładnika napięciowego (15b) nawiniętesą na środkowej kolumnie rdzenia (16) (cylindrycznej rurze (24) z materiału izolacyjnego), stanowiącej złożenie współosiowe dwóch rdzeni prostokątnych, a ekrany ekwipotencjalne (13b) wbudowane w materiał izolacyjny naniesiony na wyprowadzenie wysokiego napięcia (11) przekładnika napięciowego połączone są z ekranami ekwipotencjalnymi (13a) wbudowanymi w materiał izolacyjny naniesiony na rurę (12) z wyprowadzeniami uzwojeń wtórnych (25) przekładnika prądowego tworząc połączenie galwaniczne między ekranami o tym samym napięciu indukowanym, przy czym medium izolacyjne (26) znajduje się w przestrzeni pomiędzy zaizolowanymi uzwojeniami przekładników prądowego i napięciowego i ich metalowymi obudowami oraz w przestrzeni pomiędzy zaizolowanymi wprowadzeniami uzwojeń przekładników przebiegających wzdłuż izolatora i wewnętrzną powierzchnią izolatora, znamienny tym, że izolacja przekładnika prądowego (2) składa się z warstwy żywicy (4a) otaczającej osłonę metalową (4c), w której znajduje się co najmniej jeden cylindryczny rdzeń (3) przekładnika prądowego (2), oraz z warstwy papieru izolacyjnego (4b) otaczającej ekrany ekwipotencjalne (13a) rury (12) wyprowadzenia uzwojeń wtórnych (25) przekładnika prądowego (2).

2. Przekładnik prądowo-napięciowy według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa żywicy (4a) stanowi warstwę żywicy epoksydowej.