Трансформатор

 

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ и 11 635899

Qmas Ваветских

Социалистических

Республии (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 04.12.74 (21) 2084418/24-07 (51) М. Клз

Н 01F 40/00 (23) Приоритет — (32) 07.12.73

25.02.74 (31) 138936/73 (33) Япония

22493/74 (43) Опубликовано 30.11.78. Бюллетень ¹ 44

Государственный комитет (53) УДК 621.314.224 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.11.78 (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Томоеси Очиаи, Синичи Кузе и Икуро Хирано (Япония) Иностранная фирма

«Кабусики Кайся Мейденся и Дзе Токио Электрик Пауэр Ко;,- и (Япония}

1 с т

1 (71) Заявитель (54) TPAНСФОРМАТОР

Изобретение относится к устройствам, в которых ток или напряжение в первичной цепи трансформируются для измерения и которые обычно называются измерительными трансформаторами. 5

Известны трансформаторы (1, 2).

Что касается трансформатора тока и напряжения, то известен измерительный трансформатор такого типа, в нем полупроводниковые устройства, в которых возникает 10 напряжение под воздействием приложенного магнитного поля так же, как элементы, работающие на эффекте Холла, расположены в зазоре железного сердечника, охватывающего первичный проводник. В таком 15 трансформаторе основная часть, включающая железный сердечник, размещена в верхней масляной камере, установленной на верхнем конце фарфоровой трубы. Поскольку в этом случае верхняя часть трансформа- 20 тора оказывается тяжелее, чем его нижняя часть, то трансформатор такой конструкции оказывается неустойчивым. Если принять во внимание тенденцию к созданию высоковольтных систем передачи электроэнер- 25 гии и связанную с этим необходимость использовать фарфоровые трубки большего размера, то у такого трансформатора есть недостаток: он не обладает достаточным сопротивлением к воздействию толчков земной коры. Кроме того, конструкция элементов изоляции у него достаточно сложная, поэтому процесс производства такого трансформатора трудоемкий и, следовательно, стоимость высокая (1, 2).

Цель изобретения — уменьшение габаритов и повышение надежности трансформатора.

Это достигается тем, что он снабжен дополнительным делителем напряжения, состоящим из параллельно включенных конденсатора и резистора, верхним масляным баком и нижним корпусом. экранирующей трубой, выполненной из электропроводящего немагнитного материала, конденсаторной защитой в виде конуса пз концентрически чередующихся друг с другом диэлектрических и электропроводящих трубок. На нижнем корпусе размещена экранирующая труба, поверх которой установлена конденсаторная защита с первичной обмоткой трансформатора, выполненной в виде двух концентрически расположенных труб с фланцами, образующими соответственно входной и выходной зажимы первичной обмотки трансформатора и размещенными меж835899

3 ду верхним масляным баком и фарфоровым кожухом. Трубы имеют взаимные противоположно направленные наклонньге срезы до половины диаметра, они гальванически соединены друг с другом по диаметрально противоположным сторонам и имеют на участках между наклонными срезами и местами гальванического соединения посредине последних круглые вырезы.

Датчик Холла размещен в экранирующей трубе.

Конденсатор дополнительного делителя напряжения установлен в нижней части фарфорового кожуха, а резистор — в нижнем корпусе.

На фиг. 1 показан измерительный трансформатор, продольное сечение, один из вариантов; на фиг, 2 — его электрическая схема; на фиг. 3 представлен измерительный трансформатор, продольное сечение, второй вариант выполнения; на фиг. 4 показана формирующая магнитное поле катушка трансформатора на фиг. 3, вид сверху; на фиг. 5 — катушка трансформатора, вид спереди; на фиг. 6 — эта же катушка, вид сбоку.

Трансформатор (см. фиг. 1) состоит из трех частей: верхнего масляного бака 1, фарфоровой трубы 2 и нижнего корпуса 3.

Верхний масляный бак 1, который имеет трубчатое поперечное сечение, установлен наверху фарфоровой трубы 2, причем между ними предусмотрены прокладки 4. Более точно, фланец круглого кольца 5, жестко закрепленного вокруг верхнего конца фарфоровой трубы 2, прикреплен к нижнему фланцу верхнего масляного бака 1 с помощью соответствующих закрепляющих устройств, таких как ремни. Накрывающая плита 6 крепится к фланцу, имеющемуся на верхнем конце масляного бака 1, соответствующими закрепляющими устройствами, причем между ними расположены прокладки 7. Фарфоровая труба 2 также установлена на нижнем корпусе 3, причем между ними предусмотрены прокладки 8. Таким образом, фланец круглого кольца 9, который жестко закреплен на нижнем конце фарфоровой трубы 2, крепится к ни>кнему корпусу 3 с помощью соответствующих закрепляющих устройств.

Верхний бак 1 связан с фарфоровой трубой 2 внутренними пространствами, которые заполнены маслом, но над маслом имеется достаточный воздушный промежуток.

Поперек верхнего бака 1 проходит первичный проводник 10 с присоединенным к нему последовательно сопротивлением 11.

Первичный проводник 10 с входной клеммой и выходной клеммой прикреплен к соответствующей боковой стенке верхнего бака 1 таким образом, чтобы при этом не происходило утечки масла, для чего используются соответствующие устройства.

Экранирующая труба 12 размещена на

4 верхней плите нижнего корпуса 3, причем между ними предусмотрено плотное соединение из воска или связующих для избежания утечек масла. Устройства 13, предназначенные для обнаружения напряжения, такие как элемент, работающий по принципу эффекта Холла, испытательная катушка, размещаются внутри экранирующей трубы 12. В данном примере в качестве устройства для обнаружения напряжения используется элемент, работающий по принципу эффекта Холла. Изолирующий конусообразный слой 14 создается вокруг изолирующей трубы 12 и закрепляется на ней же. Вокруг изолирующего конусообразного слоя 14 крепится формирующая магнитное поле обмотка 15, которая, таким ооразом, охватывает устройство 13 для обнару>кения напряжения. К этому концу входной клеммы, расположенной на одной стороне первичного проводника 10, присосдиняется шунтирующее сопротивление 16, в то время как и другой конец проводника присоединяется к одному из концов формирующей магнитное поле катушки (обмотки)

15. Другой конец формирующей магнитное поле катушки подсоединяется к выходной клемме, расположенной на другой стороне первичного проводника 10. Изолирующий конусообразный слой 14 присоединяется самым дальним своим концом к стороне первичного проводника 10, на которой находится выходная клемма, в то время как ближайший его конец проходит через клемму к конденсатору 17 и делителю напряжения, размещенному в корпусе делителя

18 напряжения нижнего корпуса 3. Элемент, работающий на принципе эффекта

Холла, подключается к источнику питания постоянного тока и к другому делителю 19 напряжения, расположенному в корпусе для делителя 18 напряжения, причем оба они установлены в нижнем корпусе 3.

Экранирующая труба 12 может быть изготовлена из трубы, выполненной из изолирующего, не обладающего магнитными свойствами материала, покрытой снаружи графитом, или сделана из трубы из нержавеющей стали. Изолирующий конусообразный слой 14 предназначается для того, чтобы обеспечить изоляцию ме>кду формирующей магнитное поле катушкой 15 и экранирующей трубой 12, а также для того, чтобы образовать конденсатор 20 связи. Изолирующий конусообразный слой 14 состоит из концентрически расположенных цилиндров из изолирующего материала, в качестве»оторого используется наполненная маслом крафт-бумага или прессованная панель, между ними проложен слой металлической фольги. Изолирующий слой 14 постепенно опускается в виде конуса от места, где размещается формирующая магнитное поле катушка, в направлении нижней части экранирующей трубы таким образом, чтобы

635899

5 электрическое поле (показано штриховой линией) вдоль конической поверхности меняющегося расстояния в нижней части оставалось однородным, как это показано эквипотенциальными линиями. Самый дальний слой металлической фольги изолирующего конусообразного слоя 14 находится под высоким потенциалом, в то время как экранирующая труба и нижний корпус 3 заземлены. В этой конструкции конденсатор 20 связи образуется изолирующим зернообразным слоем 14, как уже отмечалось ранее, в то время как другой конденсатор образуется между самой внутренней металлической формой изолирующего конусообразного слоя и экранирующей трубой 12.

Последний конденсатор используется в качестве конденсатора 21 в делителе напряжения.

На фиг. 2 представлена электрическая схема измерите.льного трансформатора.

Как следует из чертежа, входная клемма присоединяется к одному концу сопротивления 11 и к одному концу сопротивления

16. Эти сопротивления являются шунтирующими, при этом, в частности, сопротивление 16 используется для регулирования тока, протекающего через формирующую магнитное поле катушку 15. Другими словами, в этом практическом варианте сопротивление 16 применяется для регулирования шунтирующего тока. Другой конец сопротивления 11 присоединяется к концу формирующей магнитное поле катушки, подходящему к клемме и подходящему к конденсатору 20. Другой конец сопротивления 16 подключается к другому концу формирующей магнитное поле катушки. Таким образом, последовательно соединенная цепь. состоящая из сопротивления 16 и катушки

15, присоединяется к концам сопротивления 11. По этой причине первичный ток разделяется на токи, как это показано на фиг. 2. Соотношение величин токов контролируется с помощью регул ировочного сопротивления 16, Другой конец конденсатора 20 связи присоединяется к одному концу параллельной цепи, содержащей конденсаторы 21 и 22, делитель 23 напряжения. Другой конец параллельной цепи заземлен. Как уже отмечалось ранее, для деления напряжения предусмотрен конденсатор 21, который образуется между самым ближним слоем металлической фольги изолирующего конусообразного слоя и экранирующей трубой.

Конденсатор 22 и делитель 23 напряжения размещены в нижнем корпусе 3. Параллельная цепь вместе с конденсатором 20 связи образует трансформатор напряжения.

Напряжение, пропорциональное первичному напряжению, возникает на сопротивлении, входящем в делитель напряжения. Элемент, работающий на принципе эффекта Холла, расположен в центре катушки 15 таким об10

С5

6 разом, что в нем формируется напряжение под воздействием магнитного поля, формируемого катушкой 15. Смещение на элемент, работающий на принципе эффекта

Холла, поступает по подводящим проводам 24 от источника 25 питания постоянного тока. Напряжение, формируемое на выходе элемента Холла, подается на делитель 18 напряжения по проводу 26. Катушка 15, элемент Холла и делитель 18 напряжения образуют трансформатор тока.

Другими словами, напряжение, пропорциональное первичному току, возникает на делителе 27 напряжения. Применение сопротивлений 11 и 16 позволяет уменьшить ток, протекающий по катушке 15, при этом могут быть использованы подводящие провода с малым поперечным сечением даже в том случае, когда у первичного тока небольшая величина.

Когда первичный ток имеет небольшую величину, он может подаваться непосредственно в катушку 15 без использования шунтирующих сопротивлений 11 и 16.

На фиг. 3 показан второй вариант практического осуществления трансформатора. созданного в соответствии с изобретением.

Особенностью его является конструкция формирующей магнитное поле катушки 15.

Катушка 15 — комбинация внутренней трубы 28 и внешней трубы 29. Эти трубы изготовлены из металлического листа или отлиты из металлов, обладающих хорошей электропроводностью, таких как медь или алюминий.

Внутренняя труба 28 выполнена как единое целое с расположенным наверху ее фланцем 30, прямоугольная часть которого используется для создания входной клеммы первичного проводника. а внешняя труба 29 — как единое целое с фланцем 31, прямоугольная часть которого служит для создания выходной клеммы (фиг. 4).

На фиг. 5 представлена трубчатая катушка, образуемая в том случае, когда комбинируются имеющие описанную форму внутренняя и внешняя трубы. Две полуокружности 32 и 33 образуют окружность 34, и эти две трубы контактируют одна с другой по плоскости 35 в нижней части катушки, в то время как верхние части этой трубы отделены одна от другой зазорами

36 и 37. На фиг. 6 представлены две срезанные части труб, используемые при комбинации этих внутренних и внешних труб.

При такой конструкции трубчатой катушки первичный ток течет от входной клеммы по внутренней трубе 28, по контактной области внутренней и внешней труб и по внешней трубе 29 к выходной клемме, как это показано стрелками (фнг. 5).

Другими словами, трубчатая катушка является одновитковой катушкой, намотанной вокруг окружности 34. Таким образом, магнитное поле (обозначено штриховой лини635899

Формула изобретения

1. Трансформатор, содержащий заключенные в фарфоровый кожух первичную

55 ей по оси на фиг. 1), формируемое этой катушкой, направлено под прямым углом к полю катушки, формируемым в варианте, представленном на фиг. 1 (фиг. 6) .

Поэтому соответствующие электроды изолирующего конусообразного слоя не взаимодействуют с формируемым магнитным полем.

Трубчатая катушка 15 вставляется в фарфоровую трубу 2 и закрепляется с помощью фланцев 30 и 31, прикрепляемых к фланцу кругового кольца 5 и к нижнему фланцу верхнего масляного бака 1. Между фланцем 31 и фланцем кругового кольца 5 предусмотрены прокладки 38, между фланцем 30 и нижним фланцем верхнего масляного бака 1 — прокладки 39, между фланцами 30 и 31 — изолирующие прокладки

40. При этом верхний масляный бак находится под высоким потенциалом, в то вре- 20 мя как нижний корпус 3 — под низким потенциалом, как и в предыдущем случае.

Как становится очевидным из описания, в предложенном трансформаторе используется формирующая магнитное поле катуш- 25 ка — коаксиально объединенная двойная трубчатая катушка, в ней первичный проводник, включающий в себя входную и выходную клеммы, а также подводящие провода, соединяющие первичный проводник и 30 формирующие магнитное поле катушки, в действительности являются составными частями формирующей магнитное поле катушки. В соответствии с этим этот вариант конструкции трансформатора может использо- 35 ваться для создания трансформатора, работающего с токами, имеющими значительную величину, поскольку поперечное сечение подводящих проводов в этом случае оказывается достаточно большим. Обеспе- 40 чиваются также условия для получения однородного распределения плотности тока.

В том случае, когда необходимо работать с токами большой величины, не требуется использования шунтирующих сопротив- 45 лений и связанных с ними подводящих проводов. В связи с этим в данном случае эффективно используется пространство фарфоровой трубы, в результате чего изготавливаемый трансформатор может иметь не- 50 большие размеры. обмотку и датчик Холла, содержащий две пары выводов, одна из которых подключена к источнику постоянного тока, а другая к делителю напряжения, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью уменьшения габаритов и повышения надежности, трансформатор снабжен дополнительным делителем напряжения, состоящим из параллельно включенных конденсатора и резистора, верхним масляным баком и нижним корпусом, экранирующей трубой, выполненной из электропроводящего немагнитного материала, конденсаторной защитой, выполненной в виде конуса из концентрически чередующихся друг с другом диэлектрических и электропроводящих трубок, на нижнем корпусе размещена экранирующая труба, поверх которой установлена конденсаторная защита с первичной обмоткой трансформатора, выполненной в виде двух концентрически расположенных труб с фланцами, образующими соответственно входной и выходной зажимы первичной обмотки трансформатора и расположе IHbIMH между верхним масляным баком и фарфоровым кожухом, причем трубы имеют взаимные противоположно направленные наклонные срезы до половины диаметра, трубы гальванически соединены друг с другом по диаметрально противоположным сторонам и имеют на участках между наклонными срезами и местами гальванического соединения посредине последних круглые вырезы.

2. Трансформатор по п. 1, отл и ч а ющийся тем, что датчик Холла размещен в экранирующей трубе.

3. Трансформатор по пп. 1 и 2, отл и ч аю шийся тем, что конденсатор дополнительного делителя напряжения размещен в нижней части фарфорового кожуха, а резистор — в нижнем корпусе.

Приоритет по пунктам

0712 73 по пп. 1 и 2, 25.02.74 по п. 3.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сапожников А. В. Конструирование трансформаторов. М.— Л., Госэнергоиздат, 1959, с. 310.

2. Бачурин Н. И. Трансформаторы тока.

М,— Л., изд. «Энергия», 1964, с. 213 — 214.

635899

/ за

70 ,- сг.

Составитель В. Мясникова

Редактор И. Грузова Техред С. Антипенко Корректор О. Данишева

Заказ 2069/16 Изд. № 760 Тираж 922 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 475

Типография, пр. Сапунова, 2