Высоковольтный трансформатор, способ изготовления высоковольтного трансформатора, испытательная система и устройство испытательного сигнала, содержащее высоковольтный трансформатор
Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в уменьшении массогабаритных показателей и повышении эффективности использования высоковольтного трансформатора. Высоковольтный трансформатор выполнен в виде тороидального трансформатора и содержит один намагничиваемый сердечник, который является замкнутым по кругу или почти замкнутым по кругу. Также содержит обмотку низкого напряжения и обмотку высокого напряжения, которая электрически изолирована от обмотки низкого напряжения. Обе обмотки расположены вокруг одного и того же фрагмента намагничиваемого сердечника. Обмотка высокого напряжения выполнена по меньшей мере частично как пилигримно-шаговая обмотка. Изоляционный слой расположен по меньшей сере на той части намагничиваемого сердечника, на которой расположены обмотка низкого напряжения и обмотка высокого напряжения. Изоляционный слой для электрической изоляции упомянутой по меньшей мере одной части намагничиваемого сердечника от обмотки низкого напряжения и обмотки высокого напряжения. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области технологии высоковольтных измерений, в частности, к высоковольтным трансформаторам, способам их изготовления, аппаратуре испытательного сигнала высокого напряжения и испытательным системам для испытания высоковольтного устройства посредством испытательного сигнала с высоким напряжением.
Предшествующий уровень техники
Высоковольтные устройства, такие как силовые трансформаторы или коммутационное (распределительное) оборудование - в частности, газоизолированное распределительное оборудование - обычно используются в электрических сетях энергоснабжения для преобразования и распределения электрической энергии. При этом обычно также используются другие высоковольтные устройства, такие как преобразователи высокого напряжения или преобразователи высокого тока, например, для измерения возникающих в электрической сети напряжений и токов, силовые переключатели и генераторы мощности. Высоковольтные устройства такого рода или другие высоковольтные устройства, такие как электрические (приводные) двигатели, также используются в промышленной среде.
Для пуска в эксплуатацию или для технического обслуживания установок с такими высоковольтными устройствами может потребоваться проверять их функции или свойства. При этом, например, может проверяться изоляционный материал высоковольтного устройства, такого как высоковольтный преобразователь тока, высоковольтный преобразователь напряжения или силовой переключатель, например, путем измерения сопротивления DC-напряжения. При этом может, например, измеряться коэффициент потерь или емкость высоковольтного устройства, такого как силовой трансформатор или вращающийся механизм генератора или электродвигателя, что также может обеспечивать информацию об (остающемся) качестве изоляционных материалов или изоляционных жидкостей. Также может выполняться измерение частичного разряда. Чтобы, в частности, обеспечить возможность измерения, которое отражает условия в реальной эксплуатации, высокие напряжения также могут использоваться как испытательный сигнал во время измерения. В дополнение или в качестве альтернативы измерениям в лаборатории, измерения в условиях эксплуатации, например, снаружи или в промышленной среде, часто выполняются в целях этой проверки.
Для использования в условиях эксплуатации, известны испытательные устройства, которые включают в себя генератор сигнала и высоковольтный трансформатор или которые используют регулируемый трансформатор для преобразования сетевого напряжения в высокое напряжение, чтобы генерировать испытательный сигнал с высоким напряжением, то есть, в частности, испытательный сигнал с высокой амплитудой напряжения или высоким эффективным (RMS) напряжением. В то время как эксплуатационная безопасность такого испытательного устройства может потребовать мер для изоляции обмотки высокого напряжения высоковольтного трансформатора или регулируемого трансформатора, т.е. обмотки, которая электрически находится на стороне испытательного сигнала, от других частей испытательного устройства не на стороне высокого напряжения, в частности, от обмотки низкого напряжения, испытательное устройство должно, особенно для использования в условиях эксплуатации, быть легким и надежным для транспортировки в соответствующее местоположение использования.
Краткое описание изобретения
Поэтому существует потребность в силовом высоковольтном трансформаторе, который имеет относительно малый вес и относительно простую структуру, так что высоковольтный трансформатор является как экономичным для производства, так и подходящим для применения в портативном испытательном устройстве. Кроме того, в основе изобретения лежит задача обеспечения соответствующей испытательной системы и соответствующего способа изготовления.
В соответствии с изобретением, предложены высоковольтный трансформатор с признаками пункта 1 формулы изобретения, аппаратура испытательного сигнала с признаками пункта 10 формулы изобретения, испытательная система с признаками пункта 12 формулы изобретения и способ изготовления с признаками пункта 13 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы определяют предпочтительные и/или преимущественные варианты осуществления изобретения.
Первый аспект изобретения относится к высоковольтному трансформатору, который предпочтительно сконфигурирован для испытательной системы для испытания высоковольтного устройства. Высоковольтный трансформатор сконфигурирован как тороидальный трансформатор и имеет намагничиваемый сердечник, обмотку высокого напряжения и обмотку низкого напряжения. Обмотка высокого напряжения и обмотка низкого напряжения расположены вокруг намагничиваемого сердечника так, чтобы быть электрически изолированными друг от друга, причем обмотка высокого напряжения выполнена по меньшей мере частично как пилигримно-шаговая обмотка.
В контексте изобретения, “обмотка низкого напряжения” и “обмотка высокого напряжения” должны пониматься как обмотки, которые имеют один или более витков электрического проводника вокруг (локальной) окружности трансформаторного сердечника высоковольтного трансформатора, причем электрический проводник большей частью окружен изолирующим слоем для предотвращения коротких замыканий между отдельными витками. Для таких обмоток часто применяется катушечный провод или катушечный многожильный провод, который наматывается вдоль окружного направления вокруг трансформаторного сердечника, так что ток, протекающий через электрический проводник, индуцирует магнитный поток в трансформаторном сердечнике, и части магнитного потока для каждого витка по меньшей мере по существу суммируются. Такая обмотка обычно продолжается вдоль (локального) прямого направления трансформаторного сердечника. При этом множество витков такой обмотки могут накручиваться вдоль прямого направления или противоположно ему.
Напряжение, приложенное на обмотке низкого напряжения, преобразуется, в зависимости от отношения витков, в высокое напряжение, которое может ответвляться от обмотки высокого напряжения.
При этом в контексте настоящего изобретения, “высокое напряжение” рассматривается как напряжение в диапазоне 1 кВ или выше, так что высоковольтный трансформатор в соответствии с изобретением сконфигурирован для генерации и обеспечения соответственно высоких выходных напряжений.
В соответствии с вариантом осуществления, высокое напряжение, обеспечиваемое высоковольтным трансформатором, может, в частности, быть таким, что оно может служить как испытательное напряжение для испытания высоковольтного устройства.
В контексте изобретения, “высоковольтное устройство” должно пониматься как по меньшей мере одно устройство, например, как часть высоковольтной установки для энергоснабжения или как часть производственной установки с электрическим приводом, которая работает с высоким напряжением или высоким электрическим током, управляет, преобразует или измеряет его или может подвергаться действию высокого напряжения по некоторой иной причине и, таким образом, должно быть установлено для безопасной эксплуатации, например, с помощью достаточной электрической изоляции. В частности, такое высоковольтное устройство может быть силовым трансформатором, (высоковольтным) коммутационным оборудованием, (высоковольтным) прерывателем цепи или силовым переключателем, вращающейся машиной, приводимой в действие высоким напряжением или генерирующей высокое напряжение, такой как мощный электродвигатель или генератор мощности, переключатель выходных обмоток для трансформатора или измерительный преобразователь, такой как преобразователь высокого напряжения или преобразователь высокого тока.
В контексте изобретения, “пилигримно-шаговая обмотка”, также известная как “pilgrim-обмотка” или “обмотка с наклонными (косыми) слоями”, должна пониматься как по меньшей мере одна обмотка для трансформатора, которая имеет множество слоев витков вокруг трансформаторного сердечника, причем отдельные слои продолжаются только по секции вдоль или противоположно прямому направлению сердечника и соответствующий (электрически) последующий слой продолжается в соответствующем противоположном направлении, т.е. противоположно или вдоль прямого направления, и частично перекрывает соответствующий предшествующий слой. Более того, слои, которые продолжаются в прямом направлении, продолжаются (по меньшей мере в целом) дальше, чем остальные слои противоположно прямому направлению, или соответственно наоборот, так что пилигримно-шаговая обмотка продолжается по большей секции (по сравнению с секциями отдельных слоев) вдоль, или соответственно противоположно, прямому направлению сердечника.
В некоторых вариантах осуществления, вся обмотка высокого напряжения может также быть выполнена как пилигримно-шаговая обмотка или точно одна пилигримно-шаговая обмотка. В некоторых вариантах осуществления, обмотка высокого напряжения может также быть выполнена как множество пилигримно-шаговых обмоток, причем некоторые или все из пилигримно-шаговых обмоток прилегают друг к другу или являются смежными вдоль прямого направления.
Одно преимущество пилигримно-шаговой обмотки может, в частности, состоять в том, что обеспечивается передача более высоких частот, в результате чего может обеспечиваться возможность, в частности, применений измерений качества мощности с использованием высоковольтного трансформатора, особенно при испытании высоковольтного устройства, зависимые от нагрузки и частоты передаточные характеристики высоковольтного устройства могут определяться в увеличенном частотном диапазоне.
Другое преимущество пилигримно-шаговой обмотки может, в частности, состоять в том, что обеспечивается многослойная обмотка и, тем самым, в частности, большее число витков и/или более высокий коэффициент преобразования. Более того, прилегающие или смежные витки или слои витков, которые соответственно лежат друг над другом, имеют меньшую разность напряжений, в частности, меньшее напряжение (двойных) слоев, чем в многослойной спиральной или нерегулярной обмотке, например, которая продолжалась бы по меньшей мере по существу по всему сердечнику в каждом слое. Это делает возможным увеличить эксплуатационную безопасность и/или надежность и/или уменьшить средства, требуемые для электрической изоляции отдельных слоев или смежных витков друг от друга, такие как изоляционный лак вокруг провода для витков или изоляционные слои между отдельными слоями, что может, например, снизить вес или дополнительно улучшить теплоотвод от обмотки высокого напряжения к намагничиваемому сердечнику, а также наружу, в частности, в направлении обмотки низкого напряжения и окружению высоковольтного трансформатора.
В контексте изобретения, “тороидальный трансформатор” имеет по меньшей мере один кольцевой сердечник с намагничиваемым материалом, т.е., в частности, так называемый кольцевой (тороидальный) сердечник. Такой тороидальный сердечник является по существу замкнутым по кругу или почти замкнутым. Тороидальный сердечник может предпочтительно иметь тороидальную форму, например, в форме тороида или трубчатой секции или, более обобщенно, скругленного трехмерного тела, которое имеет центральное отверстие. В некоторых вариантах, тороидальный сердечник может быть прорезан от центрального отверстия к наружной области в одной секции, т.е. он может иметь так называемый воздушный зазор. В других вариантах, тороидальный сердечник может быть замкнут вокруг центрального отверстия, в частности, вдоль его тороидального направления, в результате чего, в частности, магнитный поток может распространяться в намагничиваемом материале вдоль тороидального направления без прерывания.
Таким предпочтительным образом, обмотка высокого напряжения и/или обмотка низкого напряжения может быть намотана на намагничиваемый сердечник, т.е. тороидальный сердечник, по большой (продольной) секции в прямом направлении. Другое преимущество высоковольтного трансформатора с тороидальным сердечником в качестве намагничиваемого сердечника/трансформаторного сердечника может быть, в частности, то, что во время работы, магнитные силовые линии в основном проходят в тороидальном сердечнике, в результате чего поля магнитного возмущения могут быть уменьшены.
Другое преимущество тороидального трансформатора может, в частности, состоять в том, что он имеет форм-фактор, который обеспечивает возможность простого встраивания в корпус.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, высоковольтный трансформатор имеет защитный слой, который расположен между обмоткой высокого напряжения и обмоткой низкого напряжения. При этом защитный слой имеет электропроводный слой для экранирования обмотки высокого напряжения от обмотки низкого напряжения. Таким предпочтительным образом, перекрестные помехи между обмоткой высокого напряжения и обмоткой низкого напряжения могут быть снижены, в результате чего, особенно когда электропроводный слой соединен с подходящим потенциалом, например заземляющим соединением, может быть достигнуто экранирование от помех, которые могли бы распространяться от стороны высокого напряжения к стороне низкого напряжения или в противоположном направлении.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, намагничиваемый сердечник имеет изоляционный слой, выполненный из электроизоляционного материала для электрической изоляции намагничиваемого сердечника от обмотки низкого напряжения и от обмотки высокого напряжения.
В соответствии с вариантом осуществления, обмотка высокого напряжения расположена вблизи сердечника или непосредственно на намагничиваемом сердечнике. В этом варианте осуществления, изоляция всегда обеспечивается между сердечником и обмоткой высокого напряжения. Обмотка низкого напряжения предпочтительно расположена вокруг обмотки высокого напряжения.
Преимущество расположения обмотки высокого напряжения вокруг намагничиваемого сердечника и обмотки низкого напряжения вокруг обмотки высокого напряжения может, в частности, состоять в том, что окружность витков обмотки высокого напряжения уменьшается, и меньшая длина провода требуется для обмотки высокого напряжения, в результате чего, в частности, потери могут быть снижены и/или частотная характеристика может быть дополнительно улучшена, в частности, для высоких частот.
Другое преимущество расположения обмотки высокого напряжения вокруг намагничиваемого сердечника и обмотки низкого напряжения вокруг обмотки высокого напряжения может, в частности, состоять в том, что обмотка высокого напряжения расположена ближе к сердечнику, в результате чего любое тепло, которое могло бы возникать при эксплуатации вследствие потерь в обмотке высокого напряжения, например, омических потерь, может отводиться к намагничиваемому сердечнику, и поэтому обмотка высокого напряжения может (по меньшей мере временно) охлаждаться за счет теплоотвода в направлении намагничиваемого сердечника, или температура обмотки высокого напряжения может буферизоваться намагничиваемым сердечником. Улучшенный теплоотвод позволяет повысить производительность высоковольтного трансформатора и/или уменьшить его вес, причем, в частности, коэффициент трансформации высоковольтного трансформатора может быть увеличен, и достижимое выходное напряжение и/или (временно) возможная максимальная электрическая выходная мощность на обмотке высокого напряжения могут быть увеличены.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, намагничиваемый сердечник является “плавающим” и не имеет электрического контакта или электрического соединения с землей или массой. Намагничиваемый сердечник электрически изолирован как от заземления, так и от обмотки высокого напряжения и обмотки низкого напряжения. При этом геометрия высоковольтного трансформатора может быть выбрана так, что максимальное напряжение, которое может возникать между обмоткой высокого напряжения и намагничиваемым сердечником, является только половиной того напряжения, которое возникало бы, если бы намагничиваемый сердечник находился под потенциалом заземления.
Другие аспекты изобретения относятся к способу изготовления подобного высоковольтного трансформатора, аппаратуре испытательного сигнала для испытательной системы для испытания высоковольтного устройства, которая содержит высоковольтный трансформатор в соответствии с вариантами осуществления, описанными выше, и к соответственно сконфигурированной испытательной системе для испытания высоковольтного устройства.
Другие преимущества, признаки и возможные применения будут понятны из следующего детального описания примерных вариантов осуществления и/или из чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет пояснено более детально со ссылкой на чертежи на основе предпочтительных примерных вариантов осуществления. Одинаковые элементы или компоненты примерных вариантов осуществления по существу обозначены теми же самыми ссылочными позициями, если только это не описано иначе или не оказывается иным, как следует из контекста.
С этой целью, на чертежах, в некоторых случаях схематично, показано следующее:
Фиг. 1 - высоковольтный трансформатор в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг. 2 - поперечное сечение высоковольтного трансформатора согласно фиг. 1;
Фиг. 3 - продольное сечение высоковольтного трансформатора в соответствии с другим вариантом осуществления;
Фиг. 4 - испытательная система в соответствии с вариантом осуществления; и
Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций способа для изготовления высоковольтного трансформатора в соответствии с вариантом осуществления.
Чертежи являются схематичными представлениями различных вариантов осуществления и/или примеров выполнения настоящего изобретения. Элементы и/или компоненты, представленные на чертежах, не обязательно показаны в масштабе. Скорее, различные элементы и/или компоненты, показанные на чертежах, воспроизведены таким образом, чтобы их функция и/или назначение могли быть понятны специалистам в данной области техники.
Соединения и связи между функциональными блоками и элементами, показанные на чертежах, могут также быть реализованы как опосредованные соединения или связи. В частности, соединения передачи данных могут быть в форме проводного или беспроводного соединения, т.е., в частности, в форме радио соединения. Некоторые соединения, например, электрические соединения, например, для подачи энергии, могут быть не показаны в целях ясности.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 схематично показывает высоковольтный трансформатор 300 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Высоковольтный трансформатор 300 имеет намагничиваемый сердечник 310, 311, обмотку 320 низкого напряжения, обмотку 330 высокого напряжения и защитный слой 340. Обмотка 320 низкого напряжения и обмотка 330 высокого напряжения продолжается вдоль прямого направления 316 намагничиваемого сердечника. Обмотка высокого напряжения расположена по меньшей мере вокруг части, в частности, секции длины, намагничиваемого сердечника 310, 311 и сконфигурирована как пилигримно-шаговая обмотка. В показанном примерном варианте осуществления, обмотка 330 высокого напряжения расположена непосредственно на намагничиваемом сердечнике 310, 311. Защитный слой 340 расположен вокруг обмотки 330 высокого напряжения и имеет изолирующий материал и, таким образом, электрически изолирует обмотку 320 низкого напряжения, которая расположена дальше наружу относительно обмотки высокого напряжения и защитного слоя 340, от обмотки 330 высокого напряжения.
Обмотка 320 низкого напряжения имеет множество витков 328. В некоторых предпочтительных вариантах, витки 328 могут быть намотаны спирально вокруг намагничиваемого сердечника 310 в прямом направлении 316 и, соответственно, в частях, содержащих обмотку 330 высокого напряжения или защитный слой 340, может также быть намотана вокруг них. Для этой цели, в некоторых вариантах, изолированный лаком (эмалью) катушечный провод, в частности, выполненный из меди, может быть спирально намотан вокруг намагничиваемого сердечника 310.
В показанном варианте, в целях упрощения, обмотки представлены только для секции 310 намагничиваемого сердечника. Высоковольтный трансформатор 300 сконфигурирован как тороидальный трансформатор, так что обмотка 330 высокого напряжения и обмотка 320 низкого напряжения фактически продолжаются в кольцевой форме вдоль всей длины кольцевого намагничиваемого сердечника 310, 311. Альтернативно, также возможно, что множество электрически соединенных обмоток 330 высокого напряжения и/или множество электрически соединенных обмоток 320 низкого напряжения или множество секций обмотки 330 высокого напряжения и/или множество секций обмотки 320 низкого напряжения расположены на расстоянии друг от друга или с перекрытием вдоль различных продольных секций 310, 311 намагничиваемого сердечника, так что в целом образуется тороидальный трансформатор.
Сердечник 310, 311 является замкнутым в кольцевой форме или почти замкнутым, причем в последнем случае кольцевой сердечник 310, 311 прерывается только воздушным зазором. Кольцевая форма может быть тороидальной; однако, как показано на чертежах, многоугольные конфигурации также возможны.
Фиг. 2 показывает поперечное сечение высоковольтного трансформатора 300, чтобы проиллюстрировать его структуру внутри, т.е. от намагничиваемого сердечника, наружу, т.е. в направлении обмотки низкого напряжения, причем поперечное сечение по меньшей мере по существу перпендикулярно прямому направлению намагничиваемого сердечника.
Обмотка 330 высокого напряжения расположена концентрично вокруг намагничиваемого сердечника 310. Защитный слой 340 затем располагается концентрично вокруг обмотки 330 высокого напряжения. Наконец обмотка 320 низкого напряжения расположена концентрично вокруг защитного слоя 340. Таким образом, обмотка 330 высокого напряжения расположена дальше внутрь, а обмотка 320 низкого напряжения дальше наружу относительно друг друга или относительно защитного слоя 340, так что обмотка 330 высокого напряжения находится ближе к намагничиваемому сердечнику 310. В некоторых предпочтительных вариантах, обмотка 330 высокого напряжения 330 касается намагничиваемого сердечника или отделена от него только посредством изоляционного слоя (не показан на фиг. 2), чтоб обеспечивает улучшенную тепловую связь между обмоткой 330 высокого напряжения и намагничиваемым сердечником 310, в результате чего производительность может быть повышена.
В некоторых предпочтительных вариантах, как показано, защитный слой 340 имеет первый электроизолирующий слой 342, электропроводный слой 344 и второй электроизолирующий слой 346. Таким предпочтительным образом, обмотка высокого напряжения и обмотка низкого напряжения могут быть экранированы друг от друга посредством электропроводного слоя 344, и электропроводный слой 344 может быть электрически изолирован как от обмотки высокого напряжения посредством первого электроизолирующего слоя 342, так и от обмотки низкого напряжения с помощью второго электроизолирующего слоя 346. В некоторых вариантах, первый электроизолирующий слой 342 может иметь электролитическое покрытие и поэтому электропроводный слой 344 может быть нанесен на него. В других вариантах, электропроводный слой 344 может также напыляться (в частности, как пары металла) или наклеиваться (в частности, как металлическая пленка). Кроме того, в некоторых вариантах, второй электроизолирующий слой 346 может быть опущен.
Фиг. 3 показывает продольное сечение высоковольтного трансформатора в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, чтобы проиллюстрировать обмотку высокого напряжения, выполненную как пилигримно-шаговая обмотка, причем любые дополнительные компоненты, такие как защитный слой, обмотка низкого напряжения или магнитный соединительный элемент, не показаны для наглядности чертежа.
Высоковольтный трансформатор, показанный на фиг. 3, может соответствовать высоковольтному трансформатору 300, описанному со ссылкой на фиг. 1 и/или фиг. 2, причем продольное сечение проходит по меньшей мере по существу вдоль прямого направления намагничиваемого сердечника, так что прямое направление 316 лежит по меньшей мере по существу в плоскости сечения.
Прямое направление 316 иллюстрируется на фиг. 3 пунктирной, изогнутой под углом стрелкой, причем прямое направление должно пониматься относительно соответствующего положения на намагничиваемом сердечнике 310 и к возможному магнитному потоку и, следовательно, представляет локальное направление, которое, в частности, в каждом случае указывает локально в направлении возможного магнитного потока (или всегда против этого направления). Таким образом, если следовать локально соответствующему прямому направлению при замкнутом намагничиваемом сердечнике, то получается замкнутая кривая, которая точно окружает некоторую область.
Обмотка 330 высокого напряжения имеет множество витков, которые сгруппированы во множество групп 335 витков, которые, в каждой группе, намотаны электрически последовательно и по спирали в прямом направлении вокруг намагничиваемого сердечника 310, и во множество групп 336 витков, которые, в каждой группе, намотаны электрически последовательно и по спирали противоположно прямому направлению вокруг намагничиваемого сердечника. В этом случае, группы 335 и 336 поочередно соединены электрически последовательно друг с другом и поочередно намотаны вокруг намагничиваемого сердечника 310, так что за первым числом витков в прямом направлении для одной из групп 335 следует второе число витков противоположно прямому направлению для одной из групп 336. К тому же первое число больше, чем второе число, так что в целом получается обмотка в прямом направлении.
Для изготовления обмотки 330 высокого напряжения, катушечный провод может поочередно наматываться вокруг сердечника 310 в прямом направлении для первого числа витков и наматываться вокруг сердечника 310 в обратном направлении, то есть противоположно прямому направлению, для второго числа витков. В некоторых предпочтительных вариантах, катушечный провод может быть изолированным лаком медным проводом.
Путем намотки в прямом направлении и противоположно прямому направлению, больше витков может быть намотано вокруг намагничиваемого сердечника 310 в его секции длины, чем в случае спиральной намотки только в прямом направлении или только в обратном направлении. В результате, большое число витков может быть обеспечено в общем без необходимости в дополнительных слоях витков, которые продолжались бы по всем предусмотренным для намотки секциям длины намагничиваемого сердечника. За счет того что при пилигримно-шаговой обмотке в прямом и обратном направлениях для отдельных секций длины намагничиваемого сердечника, секции длины имеют множество слоев (так сказать) локально, причем разность напряжений между этими “локальными слоями” меньше, чем в случае многослойной обмотки, в которой витки намотаны соответственно по всей снабжаемой намоткой длине намагничиваемого сердечника. Например, как показано на фиг. 3, виток 338 одной из групп 336 является пространственно смежным с витками 337 и 339 одной из групп 335 и, кроме того, только один или только два витка удалены от них электрически, в результате чего имеется относительно малая разность напряжений между витками при работе высоковольтного трансформатора.
В некоторых вариантах, намагничиваемый сердечник 310 может также иметь изоляционный слой 314. Он может, как показано на фиг. 3, быть соединен с сердечником и окружать только часть, в частности, подлежащей намотке секции длины сердечника 310 или окружать весь сердечник 310 и, таким образом, изолировать его электрически. В некоторых вариантах, это может быть, в частности, предпочтительным в комбинации с намагничиваемым сердечником 310, выполненным из листовой стали, в частности, из множества слоев листовой стали, которые, в частности, могут быть намотаны для формирования тороидального сердечника.
Фиг. 4 показывает испытательную систему 10 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения вместе с испытываемым высоковольтным устройством 30 в виде блок-схемы, причем, для более детальной иллюстрации, некоторые компоненты испытательной системы и ассоциированные электрические соединения, точки соединения и/или узловые точки изображены схематично как электрическая (принципиальная) схема.
В одном примерном варианте осуществления, испытательная система 10 имеет портативное главное устройство и портативную аппаратуру 200 испытательного сигнала высокого напряжения. При этом портативная аппаратура 200 испытательного сигнала высокого напряжения, в качестве портативного вспомогательного устройства испытательной системы 10, обеспечивает дополнительные (испытательные) функции, в частности, функции, которые основаны на высоком напряжении, в дополнение к функциям, которые портативное главное устройство уже обеспечивает.
Портативное главное устройство 100 имеет корпус и силовой вывод 120, встроенный в корпус. Портативная аппаратура 200 испытательного сигнала высокого напряжения имеет корпус и силовой ввод 220, встроенный в корпус. Силовой вывод 120 и силовой ввод 220 электрически соединяются с помощью кабеля 20 при работе, т.е. для испытания высоковольтного устройства 30.
Портативная аппаратура 200 испытательного сигнала высокого напряжения, кроме того, имеет аппаратуру 230 испытательного сигнала, компоненты которой размещены в корпусе аппаратуры 200 испытательного сигнала высокого напряжения. При этом первое тестовое соединение 232 и второе тестовое соединение 234 аппаратуры 230 испытательного сигнала могут быть встроены соответственно силовому выводу 220 в корпус портативной аппаратуры 200 испытательного сигнала высокого напряжения.
В процессе работы, то есть при испытании высоковольтного устройства 30, первое тестовое соединение 232 электрически соединяется с первой точкой 32 соединения высоковольтного устройства 30, и, соответственно, второе тестовое соединение 234 электрически соединяется со второй точкой 34 соединения высоковольтного устройства 30.
Для заземления, портативная аппаратура 200 испытательного сигнала высокого напряжения может иметь соединение 204 заземления, обеспечивая возможность, в частности, отдельного заземления, например, для увеличенной эксплуатационной надежности. Альтернативно, одно из тестовых соединений может также служить как соединение заземления, обеспечивая возможность, в частности, более простой кабельной разводки.
Аппаратура 230 испытательного сигнала имеет высоковольтный трансформатор 300 в соответствии с одним из вышеописанных вариантов осуществления, причем, на фиг. 4, высоковольтный трансформатор 300 показан лишь схематично с намагничиваемым сердечником 310, обмоткой 320 низкого напряжения и обмоткой 330 высокого напряжения и защитным слоем 340. Намагничиваемый сердечник 310 выполнен как тороидальный сердечник, обеспечивая, в частности, низкие возмущения, компактность конструкции и хорошо интегрируемый в корпус форм-фактор, обеспечивая тем самым аппаратуру 200 испытательного сигнала высокого напряжения, которую, в частности, легко транспортировать. Такая компактная конструкция синэргически поддерживается посредством обмотки 330 высокого напряжения, которая предпочтительно расположена вблизи сердечника и тем самым, в частности, термически буферизуется посредством намагничиваемого сердечника 310. Как отмечено выше, как обмотка 320 низкого напряжения, так и обмотка 330 высокого напряжения может быть сформирована с помощью соответственно подходящего числа частичных обмоток.
Как показано на фиг. 4, обмотка 330 высокого напряжения имеет первую точку 332 соединения и вторую точку 334 соединения, причем вторая точка 334 соединения электрически соединяется со вторым тестовым соединением 234. Первая точка 332 соединения может быть электрически соединена с первым тестовым соединением 232, причем они могут быть соединены друг с другом непосредственно, или, как показано, посредством электрического переключателя 238 аппаратуры 230 испытательного сигнала. Переключатель 238 обеспечивает возможность избирательного электрического соединения первой точки 332 соединения и первого тестового соединения 232, так что электрическое соединение для приложения высокого напряжения к высоковольтному устройству 30 может устанавливаться и разъединяться, например, между отдельными процессами испытаний, для безопасности.
Обмотка 320 низкого напряжения имеет первую точку 322 соединения и вторую точку 326 соединения. Первая и вторая точки 322, 326 соединения электрически соединяются с силовым вводом 220, так что сигнал мощности может прикладываться между двумя точками 322, 326 соединения посредством силового ввода 220.
Для генерации сигнала мощности, портативное главное устройство 100 имеет источник 130 сигнала мощности, в частности, управляемый источник напряжения, который электрически соединяется с силовым выводом 120. При этом портативное главное устройство 100 установлено, чтобы управлять источником 130 сигнала мощности так, что посредством сигнала мощности электрическое напряжение прикладывается между первой и второй точками 322, 326 соединения обмотки 320 низкого напряжения, и высоковольтный трансформатор 300 преобразует это напряжение в испытательный сигнал для испытания высоковольтного устройства 30, который прикладывается между первой и второй точками 332, 334 соединения обмотки 330 высокого напряжения и тем самым при замкнутом переключателе 238, также между первым и вторым тестовыми соединениями 232 и 234.
Портативное главное устройство 100 предпочтительно сконфигурировано так, чтобы с помощью встроенного контроллера (не показан на фиг. 4) управлять процедурой испытания с помощью испытательного сигнала, генерируемого высоковольтным трансформатором 300.
Фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций способа 800 для изготовления высоковольтного трансформатора в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
В одном примерном варианте осуществления, способ 800 включает в себя этапы 810, 820, 830 и 840 способа. Способ 800 начинается с начала 802 способа и заканчивается в конце 804 способа, причем этапы способа выполняются в следующем порядке, и некоторые варианты способа, например, для реализации конкретных форм выполнения, развитий, вариантов или примерных вариантов осуществления в соответствии с описанием и/или в соответствии с чертежами, могут иметь дополнительные этапы способа.
На этапе 810 способа, намагничиваемый сердечник обеспечивается для высоковольтного трансформатора, выполненного как тороидальный трансформатор.
На этапе 830 способа, катушечный провод наматывается по меньшей мере частично, как пилигримно-шаговая обмотка, вокруг намагничиваемого сердечника, так что формируется обмотка высокого напряжения высоковольтного трансформатора.
На этапе 840 способа, наносится защитный слой, причем защитный слой окружает обмотку высокого напряжения на стороне, обращенной от намагничиваемого сердечника, и электрически изолирует обмотку высокого напряжения в направлении обращенной вовне стороны.
На этапе 820 способа, катушечный провод наматывается вокруг обмотки высокого напряжения, окруженной защитным слоем, так что формируется обмотка низкого напряжения высоковольтного трансформатора с числом витков меньшим, чем число витков обмотки высокого напряжения, и защитный слой электрически изолирует обмотку высокого напряжения и обмотку низкого напряжения друг от друга.
1. Высоковольтный трансформатор (300),
причем высоковольтный трансформатор (300) выполнен как тороидальный трансформатор и содержит:
один намагничиваемый сердечник (310), который является замкнутым по кругу или почти замкнутым по кругу;
обмотку (320) низкого напряжения, которая расположена вокруг по меньшей мере одной части намагничиваемого сердечника (310); и
обмотку (330) высокого напряжения, которая расположена вокруг упомянутой по меньшей мере одной части намагничиваемого сердечника (310) и электрически изолирована от обмотки (320) низкого напряжения,
причем обмотка (330) высокого напряжения выполнена по меньшей мере частично как пилигримно-шаговая обмотка, и
намагничиваемый сердечник (310) имеет изоляционный слой (314) для электрической изоляции упомянутой по меньшей мере одной части намагничиваемого сердечника (310) от обмотки (320) низкого напряжения и обмотки (330) высокого напряжения.
2. Высоковольтный трансформатор (300) по п. 1, причем обмотка (330) высокого напряжения расположена непосредственно вокруг намагничиваемого сердечника (310).
3. Высоковольтный трансформатор (300) по п. 1, причем обмотка (320) низкого напряжения расположена вокруг обмотки (330) высокого напряжения.
4. Высоковольтный трансформатор (300) по п. 1, причем обмотка (330) высокого напряжения продолжается вокруг намагничиваемого сердечника (310) с максимум одним контуром вдоль прямого направления (316), и причем прямое направление локально ориентировано соответственно вдоль направления намагничиваемого сердечника (310).
5. Высоковольтный трансформатор (300) по п. 1, дополнительно имеющий защитный слой (340), который расположен между обмоткой (330) высокого напряжения и обмоткой (320) низкого напряжения, причем защитный слой (340) сконфигурирован так, что он электрически изолирует обмотку (330) высокого напряжения и обмотку (320) низкого напряжения друг от друга.
6. Высоковольтный трансформатор (300) по п. 5, причем защитный слой (340) имеет электропроводный слой (344) для экранирования обмотки (330) высокого напряжения от обмотки (320) низкого напряжения.
7. Высоковольтный трансформатор (300) по п. 1, причем намагничиваемый сердечник (310) не имеет электрического соединения с массой или заземляющего соединения.
8. Высоковольтный трансформатор (300) по п. 1, причем высоковольтный трансформатор выполнен с возможностью генерации испытательного сигнала высокого напряжения для испытательной системы (10) для испытания высоковольтного устройства (30).
9. Аппаратура (230) испытательного сигнала для испытательной системы (10) для испытания высоковольтного устройства (30), содержащая:
высоковольтный трансформатор (300) по п. 1;
причем аппаратура (230) испытательного сигнала установлена, чтобы генерировать, посредством высоковольтного трансформатора (300), испытательный сигнал, который прикладывается между первой точкой (332) соединения и второй точкой (334) соединения обмотки (330) высокого напряжения высоковольтного трансформатора (300), и чтобы обеспечивать испытательный сигнал для испытания высоковольтного устройства (30).
10. Испытательная система (10) для испытания высоковольтного устройства (30), содержащая
портативное главное устройство (100) с корпусом; и
портативное вспомогательное устройство (200) с отдельным корпусом, причем вспомогательное устройство может электрически соединяться с главным устройством;
причем портативное вспомогательное устройство (200) выполнено как портативная аппаратура (200) испытательного сигнала высокого напряжения и имеет аппаратуру (230) испытательного сигнала по п. 9; и
причем портативное главное устройство (100) установлено, чтобы управлять генерацией испытательного сигнала посредством высоковольтного трансформатора (300) портативного вспомогательного устройства (200) для испытания высоковольтного устройства (30).
11. Способ изготовления высоковольтного трансформатора (300), причем высоковольтный трансформатор (300) изготавливается как тороидальный трансформатор, и причем способ содержит:
- обеспечение одного кольцевого намагничиваемого сердечника (310), который является замкнутым по кругу или почти замкнутым по кругу, причем намагничиваемый сердечник (310) имеет изоляционный слой (314) на по меньшей мере одной части намагничиваемого сердечника (310);
- наматывание обмотки (330) высокого напряжения по меньшей мере частично как пилигримно-шаговой обмотки вокруг по меньшей мере одной части намагничиваемого сердечника (310); и
- наматывание обмотки низкого напряжения с числом витков меньшим, чем число витков обмотки (330) высокого напряжения, вокруг упомянутой по меньшей мере одной части намагничиваемого сердечника (310),
причем изоляционный слой (314) сконфигурирован для электрической изоляции упомянутой по меньшей мере одной части намагничиваемого сердечника (310) от обмотки (320) низкого напряжения и обмотки (330) высокого напряжения.
12. Способ по п. 11, причем способ выполняется для изготовления высоковольтного трансформатора (300) по п. 1.
