RU2118008C1

RU2118008C1 - Outdoor high-voltage current transformer

Info

Publication number: RU2118008C1
Application number: RU97106118/09A
Authority: RU
Inventors: Александр Григорьевич Арсон; Ольга Александровна Константинова
Original assignee: Александр Григорьевич Арсон; Ольга Александровна Константинова
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: transformer has cylindrical metal case mounted on cylindrical insulating support and filled with insulating medium. Case accommodates primary winding in the form of straight conductor and secondary winding wound on toroidal cores. Windings are surrounded by toroidal screen secured on top end of supporting metal tube passing secondary taps. Bottom end of tube is fastened on metal-case base perpendicular to center line of secondary windings. Primary winding is arranged along center line of secondary windings and its ends are fastened to side walls of metal case. Transformer also has cylindrical insulating column made of high- strength material and hermetically sealed within insulating support in coaxial manner relative to supporting metal tube. Cylindrical insulating column accommodates truncated-cone mount. Ends of its lower base are attached to metal case base and at the same time to base of cylindrical insulating column. Its upper base has bore receiving metal tube passed through it. EFFECT: improved reliability, simplified design, facilitated manufacture. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании измерительных трансформаторов тока высоких и сверхвысоких напряжений с изоляционным заполнением. The invention relates to electrical engineering and can be used in the design of measuring current transformers of high and ultra-high voltage with insulating filling.

Известен высоковольтный трансформатор наружной установки, содержащий металлический корпус, установленный на изоляционной опорной колонке и заполненный изолирующей средой, в котором размещены первичная обмотка в виде прямолинейного проводника, вторичные обмотки на тороидальных магнитопроводах, охваченные тороидальным электростатическим экраном, и система дистанциирования вторичных обмоток с экраном относительно первичной обмотки и корпуса, выполненная в виде трех изоляционных втулок, расположенных в радиальном направлении по внешнему периметру тороидального электростатического экрана под углом 120^o и прикрепленных с одной стороны к цилиндрической стенке корпуса, а с другой - к хомутам, встроенным во вторичные обмотки с экраном, закрепленным на тех же хомутах [1].Known high-voltage transformer for outdoor installation, containing a metal housing mounted on an insulating support column and filled with an insulating medium, in which the primary winding is in the form of a rectilinear conductor, the secondary windings on the toroidal magnetic circuits covered by a toroidal electrostatic screen, and the distance system of the secondary windings with the screen relative to the primary windings and cases, made in the form of three insulating sleeves located in the radial direction on the outside the perimeter of the toroidal electrostatic screen at an angle of 120 ^o and attached on one side to the cylindrical wall of the housing, and on the other to the clamps built into the secondary windings with the screen mounted on the same clamps [1].

Однако надежность данного трансформатора оказывается недостаточной, а конструкция его сложна в изготовлении. При такой конструкции трансформатора изоляционные втулки выполняют одновременно функции радиальных растяжек, фиксирующих положение массивного комплекта низковольтных вторичных обмоток (с магнитопроводами и экраном) относительно первичной обмотки и корпуса, имеющих высокий потенциал. Находясь под воздействием полного напряжения (рабочего и испытательного) и больших механических нагрузок, изоляционные втулки и их крепление должны удовлетворять, с одной стороны, требованиям обеспечения необходимой электрической прочности изоляционной системы, с другой, требованиям механической прочности и жесткости крепления, включая обеспечение минимально возможного эксцентриситета комплекса вторичных обмоток с экраном относительно проводника первичной обмотки и вертикальной опорной металлической трубы относительно корпуса. Выполнение этих требований связано с повышенными требованиями к характеристикам материала изоляционных втулок и качеству их исполнения, к точности весьма трудоемкой сборки их с корпусом и комплектом вторичных обмоток, с усложнением конструкции, т.е. требуется встраивание усиленных хомутов по периметру вторичных обмоток, повышение прочности стенок корпуса за счет толщины используемого материала или введение дополнительных элементов жесткости наряду с узлами крепления втулок. При этом распределенные по периметру экрана изоляционные втулки механически соединяют изолируемые друг от друга элементы, что создает условия для возникновения частичных и поверхностных разрядов при превышении критической величины напряженности поля вдоль поверхности. Для предотвращения этих явлений приходится идти на усложнение конфигурации изоляционных втулок или дополнительно увеличивать изоляционное расстояние между корпусом и комплектом вторичных обмоток с электростатическим экраном, учитывая, что целостность экрана в местах крепления втулок нарушается и снижается эффективность его влияния на равномерность поля по всему периметру. Перечисленные обстоятельства затрудняют достижение требуемой надежности трансформатора тока, приводят к усложнению его конструкции и технологии изготовления и повышению его стоимости. However, the reliability of this transformer is insufficient, and its design is difficult to manufacture. With this design of the transformer, the insulating sleeves simultaneously perform the functions of radial stretch marks, fixing the position of the massive set of low-voltage secondary windings (with magnetic circuits and screen) relative to the primary winding and the housing having high potential. Under the influence of full voltage (working and test) and high mechanical loads, the insulating sleeves and their fastening must satisfy, on the one hand, the requirements for ensuring the necessary electrical strength of the insulation system, and on the other hand, the requirements for mechanical strength and rigidity of fastening, including ensuring the lowest possible eccentricity a complex of secondary windings with a screen relative to the conductor of the primary winding and a vertical supporting metal pipe relative to the housing. The fulfillment of these requirements is associated with increased requirements for the characteristics of the material of the insulating sleeves and the quality of their performance, for the accuracy of their very laborious assembly with the housing and a set of secondary windings, with a complication of design, i.e. it is necessary to incorporate reinforced clamps around the perimeter of the secondary windings, increase the strength of the walls of the housing due to the thickness of the material used, or introduce additional stiffeners along with the attachment points of the bushings. In this case, the insulating sleeves distributed around the screen perimeter mechanically connect the elements insulated from each other, which creates the conditions for the occurrence of partial and surface discharges when the critical value of the field strength along the surface is exceeded. To prevent these phenomena, it is necessary to complicate the configuration of the insulating bushings or to additionally increase the insulating distance between the housing and the set of secondary windings with an electrostatic screen, given that the integrity of the screen at the mounting points of the bushings is violated and its effectiveness on the uniformity of the field around the perimeter is reduced. These circumstances make it difficult to achieve the required reliability of the current transformer, lead to the complication of its design and manufacturing technology and increase its cost.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является высоковольтный трансформатор тока наружной установки, содержащий установленный на изоляционном опорном цилиндрическом кожухе заполненный изолирующей средой металлический корпус, выполненный в виде цилиндра, в котором размещены первичная обмотка в виде прямолинейного проводника и вторичные обмотки на тороидальных магнитопроводах, причем первичная обмотка установлена по оси вторичной обмотки и закреплена выходящими наружу концами на боковых стенках корпуса, а вторичные обмотки охвачены тороидальным экраном, закрепленным на верхнем конце опорной металлической трубы, в полости которой проходят отводы вторичных обмоток, а нижний конец трубы закреплен на основании металлического корпуса перпендикулярно оси вторичных обмоток [2]. The closest in technical essence and the achieved result is a high-voltage outdoor current transformer containing a metal housing mounted on an insulating support cylindrical casing, made in the form of a cylinder, in which a primary winding in the form of a rectilinear conductor and secondary windings on toroidal magnetic cores are placed, moreover the primary winding is installed along the axis of the secondary winding and is fixed by the outgoing ends on the side walls of the housing a, and the secondary winding are covered by a toroidal screen attached to the upper end of the supporting metal tube, in a cavity which tested taps of the secondary windings, and the lower end of the tube is fixed on the basis of the metal body perpendicular to the axis of the secondary windings [2].

Однако надежность данного трансформатора оказывается недостаточной, а конструкция сложна в изготовлении. При такой конструкции трансформатора узел крепления массивного комплекта вторичных обмоток (с магнитопроводами и экраном) должен обеспечивать механическую прочность конструкции при воздействии усилий, возникающих при транспортировке, а также минимальный эксцентриситет комплекта вторичных обмоток с экраном относительно проводника первичной обмотки и минимальный эксцентриситет вертикальной опорной металлической трубы относительно краев круглого отверстия в днище металлического корпуса, установленного на изоляционном опорном кожухе. Выполнение этих требований связано с повышенными требованиями к характеристикам материала металлической опорной трубы и качеству ее исполнения, к точности весьма трудоемкого сочленения трубы с плоским днищем трансформатора и комплектом вторичных обмоток. Для предотвращения этих явлений, в частности, для обеспечения механической прочности конструкции приходится идти на увеличение диаметра вертикальной опорной металлической трубы по всей ее высоте и, следовательно, на увеличение диаметра опорного металлического кожуха, а также на уменьшение массы комплекта вторичных обмоток трансформатора, либо за счет уменьшения точности трансформатора, либо за счет увеличения электрической прочности изолирующей среды. В случае применения в качестве изолирующей среды элегаза должно быть увеличено давление, при котором обеспечивается нормальная электрическая прочность изоляции трансформатора, что приводит к необходимости применения дорогостоящих изоляционных опорных кожухов, обладающих очень высокой механической прочностью. However, the reliability of this transformer is insufficient, and the design is difficult to manufacture. With this design of the transformer, the attachment point of the massive set of secondary windings (with magnetic cores and screen) should provide mechanical strength of the structure under the influence of forces arising during transportation, as well as the minimum eccentricity of the set of secondary windings with the screen relative to the conductor of the primary winding and the minimum eccentricity of the vertical support metal pipe relative to the edges of the round hole in the bottom of a metal housing mounted on an insulating support skin ear. The fulfillment of these requirements is associated with increased requirements for the characteristics of the material of the metal support pipe and the quality of its execution, the accuracy of the very laborious joint of the pipe with a flat bottom of the transformer and a set of secondary windings. To prevent these phenomena, in particular, to ensure the mechanical strength of the structure, it is necessary to increase the diameter of the vertical support metal pipe over its entire height and, therefore, increase the diameter of the support metal casing, as well as reduce the weight of the set of secondary transformer windings, or by reducing the accuracy of the transformer, or by increasing the electrical strength of the insulating medium. In the case of using SF6 gas as an insulating medium, the pressure must be increased at which the normal electrical strength of the transformer insulation is ensured, which leads to the need for expensive insulating support shells with very high mechanical strength.

Перечисленные обстоятельства затрудняют достижение требуемой надежности трансформатора тока, приводят к усложнению его конструкции и технологии изготовления, повышению стоимости. These circumstances make it difficult to achieve the required reliability of the current transformer, lead to the complication of its design and manufacturing technology, increase cost.

Задачей данного изобретения является повышение надежности трансформатора, упрощение его конструкции и технологии его изготовления. The objective of the invention is to increase the reliability of the transformer, simplifying its design and its manufacturing technology.

Данная задача достигается таким образом, что высоковольтный трансформатор тока наружной установки, содержащий установленный на изоляционном опорном цилиндрическом кожухе заполненный изолирующей средой металлический корпус, выполненный в виде цилиндра, в котором размещены первичная обмотка в виде прямолинейного проводника и вторичные обмотки на тороидальных магнитопроводах, причем первичная обмотка установлена по оси вторичных обмоток и закреплена выходящими наружу концами на боковых стенках металлического корпуса, а вторичные обмотки охвачены тороидальным экраном, закрепленным на верхнем конце опорной металлической трубы, в полости которой проходят отводы вторичных обмоток, а нижний конец трубы закреплен на основании металлического корпуса перпендикулярно оси вторичных обмоток, дополнительно содержит изоляционную цилиндрическую колонку из высокопрочного материала, герметично закрепленную внутри опорного металлического кожуха соосно с опорной металлической трубой, и расположенную внутри изоляционной цилиндрической колонки опорную усеченную конусную стойку, концы нижнего основания которой прикреплены к основанию изоляционной цилиндрической колонки, а верхнее основание выполнено с отверстием, в котором закреплена проходящая через него опорная металлическая труба. This task is achieved in such a way that the high-voltage current transformer of the outdoor installation, comprising a metal housing mounted on an insulating support cylindrical casing, made in the form of a cylinder, in which the primary winding is in the form of a rectilinear conductor and the secondary windings are on toroidal magnetic cores, and the primary winding mounted along the axis of the secondary windings and secured with outward-facing ends on the side walls of the metal housing, and the secondary the coils are surrounded by a toroidal screen mounted on the upper end of the supporting metal pipe, in the cavity of which the secondary windings extend, and the lower end of the pipe is fixed on the base of the metal housing perpendicular to the axis of the secondary windings, further comprises an insulating cylindrical column of high-strength material, tightly fixed inside the supporting metal casing coaxially with the support metal pipe, and the support truncated conical steel located inside the insulating cylindrical column yku, lower base ends which are attached to the base insulating cylindrical column, and upper base formed with an opening in which is secured passing through the supporting metal tube.

Данная задача достигается также и тем, что опорная усеченная конусная стойка выполнена из отрезков цилиндрических труб со скругленными краями, а также тем, что опорная усеченная конусная стойка выполнена из нескольких чашеобразных деталей со скругленными днищами и что опорная усеченная конусная стойка выполнена из нескольких чашеобразных деталей, на днищах которых установлены электростатические экраны. This task is also achieved by the fact that the support truncated conical stand is made of segments of cylindrical pipes with rounded edges, as well as the fact that the support truncated conical stand is made of several cup-shaped parts with rounded bottoms and that the support truncated conical stand is made of several cup-shaped parts, on the bottoms of which are installed electrostatic screens.

На фиг. 1 представлен высоковольтный трансформатор тока, выполненный согласно данному изобретению, в разрезе; на фиг. 2 - 4 - варианты выполнения опорной усеченной конусной стойки. In FIG. 1 is a cross-sectional view of a high voltage current transformer made in accordance with the present invention; in FIG. 2 - 4 - embodiments of the support truncated conical rack.

Высоковольтный трансформатор тока наружной установки содержит (фиг. 1) металлический корпус 1, выполненный в виде цилиндра, в котором размещены первичная обмотка 2 в виде прямолинейного проводника и вторичная обмотка 3 на тороидальных магнитопроводах, причем обмотка 2 установлена по оси обмоток 3, охваченных тороидальным электростатическим экраном 4. Обмотка 2 закреплена одним выходящим наружу концом в боковой стенке 5 корпуса 1 и имеет с корпусом 1 одинаковый потенциал, а другим - в противоположной части корпуса 1 посредством изолирующей втулки 6. Трансформатор содержит также опорную усеченную конусную стойку 7, концы нижнего основания которой прикреплены к основанию 8, а через отверстие в верхнем основании конусной стойки 7 проходит опорная металлическая труба 9. Трансформатор содержит изоляционную цилиндрическую колонку 10 из высокопрочного материала, герметично закрепленную внутри изоляционного опорного цилиндрического кожуха 11 соосно с опорной металлической трубой 9, внутри которой закреплена опорная усеченная конусная стойка 7 и изоляционный опорный цилиндрический кожух 11, на котором установлен корпус 1. Металлическое основание 8 закреплено на подставке 12 трансформатора. Отводы 13 вторичных обмоток 3 проходят внутри вертикальной опорной металлической трубы 9. The outdoor high-voltage current transformer contains (Fig. 1) a metal casing 1 made in the form of a cylinder, in which the primary winding 2 is placed in the form of a rectilinear conductor and the secondary winding 3 is on toroidal magnetic circuits, and winding 2 is installed along the axis of the windings 3 covered by a toroidal electrostatic screen 4. The winding 2 is fixed by one outward-facing end in the side wall 5 of the housing 1 and has the same potential with the housing 1, and the other in the opposite part of the housing 1 by means of an insulating cable ki 6. The transformer also contains a truncated support conical strut 7, the ends of the lower base of which are attached to the base 8, and a metal support tube 9 passes through the hole in the upper base of the conical strut 9. The transformer contains an insulating cylindrical column 10 made of high-strength material, tightly fixed inside the insulating a supporting cylindrical casing 11 coaxially with a supporting metal pipe 9, inside of which a support truncated conical post 7 and an insulating support cylindrical ear 11 on which the housing 1. The metal base 8 is fixed on a support 12 of the transformer. Taps 13 of the secondary windings 3 pass inside a vertical supporting metal pipe 9.

Опорная конусная стойка 7, изображенная на фиг. 2, состоит из отрезков цилиндрических труб со скругленными концами, на фиг 3 - из нескольких чашеобразных деталей со скругленными днищами, а на фиг. 4 - из нескольких чашеобразных деталей, на днищах которых установлены электростатические экраны 14. The support conical strut 7 shown in FIG. 2, consists of segments of cylindrical pipes with rounded ends, FIG. 3 - of several bowl-shaped parts with rounded bottoms, and in FIG. 4 - from several bowl-shaped parts, on the bottoms of which electrostatic screens 14 are installed.

Объем, в котором расположены первичная обмотка 2, вторичные обмотки 3, вертикальная опорная металлическая труба 9 и система механического крепления и дистанцирования в виде опорной усеченной конусной стойки 7, отделен от внутренней поверхности опорного кожуха 11 изоляционной цилиндрической колонкой 10 из высокопрочного материала. The volume in which the primary winding 2, the secondary windings 3, the vertical support metal pipe 9 and the mechanical fastening and spacing system in the form of a support truncated conical rack 7 are located is separated from the inner surface of the support casing 11 by an insulating cylindrical column 10 of high-strength material.

При использовании массивных вторичных обмоток 3 с экраном 4 введена в трансформатор и выполняющая функции системы дистанцирования опорная усеченная конусная стойка 7 обеспечивает более устойчивую и надежную фиксацию положения и взаимную центровку комплекта вторичных обмоток 3 относительно первичной обмотки 2 и вертикальной опорной металлической трубы 9, закрепленной на днище трансформатора и в отверстии стойки 7. When using massive secondary windings 3 with a screen 4, a truncated support conical rack 7 is introduced into the transformer and performing the functions of the distance system provides a more stable and reliable fixation of the position and mutual alignment of the set of secondary windings 3 relative to the primary winding 2 and the vertical support metal pipe 9 mounted on the bottom transformer and in the hole of the rack 7.

Изоляция между вторичными обмотками 3, охваченными экраном 4, и первичной обмоткой 2 и корпусом 1, а также изоляция между вертикальной опорной металлической трубой 9 и корпусом 1 выполнена газовой или чисто масляной и не содержит в себе элементов твердой изоляции, что обеспечивает в вышеуказанных зонах максимальной напряженности поля получение высокой электрической прочности, поскольку элементы твердой изоляции повышают напряженность поля и снижают электрическую прочность изоляции. The insulation between the secondary windings 3, covered by the shield 4, and the primary winding 2 and the housing 1, as well as the insulation between the vertical support metal pipe 9 and the housing 1 is made of gas or purely oil and does not contain solid insulation elements, which ensures maximum insulation in the above zones field strength obtaining high dielectric strength, since the elements of solid insulation increase the field strength and reduce the dielectric strength.

Введение высокопрочной изоляционной колонки 10, разделяющей объем трансформатора на две части, исключает воздействие высокого давления изолирующего газа или высокого давления газа, образовавшегося в случае разложения масла, при возникновении дугового замыкания внутри трансформатора тока на стенках изоляционного опорного кожуха 11, выполненного из изоляционного материала с невысокой механической прочностью, например фарфора. The introduction of a high-strength insulating column 10, dividing the transformer volume into two parts, eliminates the effect of high pressure of the insulating gas or high gas pressure generated in the case of oil decomposition, when an arc fault occurs inside the current transformer on the walls of the insulating support casing 11, made of insulating material with a low mechanical strength, such as porcelain.

Таким образом, предлагаемый высоковольтный трансформатор тока по сравнению с прототипом обладает более высокой надежностью, упрощенной конструкцией и меньшей трудоемкостью в изготовлении. Thus, the proposed high-voltage current transformer in comparison with the prototype has a higher reliability, simplified design and less laborious in manufacturing.

Claims

1. High-voltage current transformer of an outdoor installation, comprising a metal housing mounted on an insulating support cylindrical casing filled with an insulating medium, made in the form of a cylinder, in which the primary and secondary windings are located, the primary winding made in the form of a rectilinear conductor mounted along the axis of the secondary winding and fixed ends on the side walls of the metal casing, with one of the ends through an insulating sleeve, and the secondary winding is made on a toroidal magnetic circuits, covered by a toroidal electrostatic screen, mounted on the upper end of the supporting metal pipe, in the cavity of which the secondary windings extend, and the lower end of the pipe is fixed on the base perpendicular to the axis of the secondary winding, characterized in that it further comprises an insulating cylindrical column of high-strength material tightly fixed inside the insulating supporting cylindrical casing coaxially with the supporting metal pipe, and located inside the insulating a cylindrical column, a support truncated conical stand, the ends of the lower base of which are attached to the base, and its upper base is made with an opening in which the supporting metal pipe passing through it is fixed.

2. The transformer according to claim 1, characterized in that the support truncated conical stand is made of pieces of cylindrical pipes with rounded edges.

3. The transformer according to claim 1, characterized in that the support truncated conical stand is made of several cup-shaped parts with rounded bottoms.

4. The transformer according to claim 1, characterized in that the support truncated conical rack is made of several bowl-shaped parts, on the bottoms of which electrostatic screens are installed.