PL223492B1 - Przekładnik kombinowany łańcuszkowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przekładnik kombinowany łańcuszkowy.

Najważniejszym zadaniem energetyki jest zapewnienie niezawodności działania sieci i systemów elektroenergetycznych przy jednoczesnym zagwarantowaniu parametrów jakości energii elektrycznej. Różnego rodzaju urządzenia rozdzielcze i pomiarowe stacji elektroenergetycznych, w tym przekładniki, w znacznym stopniu wyznaczają niezawodność i efektywność pracy systemu elektroenergetycznego.

Przekładniki prądowe i napięciowe, nazywane także transformatorami prądu lub napięcia służą do pośredniego pomiaru i regulacji podstawowych wielkości elektrycznych (prądu, napięcia, mocy, częstotliwości, współczynnika mocy). Są także głównym źródłem sygnałów w układach automatyki elektroenergetycznej. W znacznym stopniu przyczyniają się do zapewnienia niezawodności i bezpiecznej pracy wielu urządzeń elektroenergetycznych. Przekładniki klasyczne (indukcyjne) często pełnią również funkcję przetwornika pierwotnego w przekładnikach niekonwencjonalnych.

Przekładnik napięciowy jest transformatorem (jednofazowym lub trójfazowym) o niewielkiej m ocy znamionowej i niskim napięciu zwarcia. Przekładnik ten powinien charakteryzować się małą indukcyjnością rozproszenia oraz małą wartością prądu jałowego. Zagadnieniem bardzo ważnym i trudnym jest właściwe wykonanie jego izolacji WN, zarówno jeśli chodzi o izolację główną (między uzwojeniami pierwotnym i wtórnym), jak i izolację szeregową uzwojenia pierwotnego. Przekładniki napięciowe są stosowane - już przy napięciach linii od 400 V - w stacjach elektroenergetycznych, podstacjach sieci rozdzielczych, rozdzielniach zakładowych, laboratoriach wysokiego napięcia oraz jako transformatory zasilające niektóre obwody lub jako transformatory probiercze.

Przekładnik prądowy również powinien się charakteryzować bardzo małą indukcyjnością rozproszenia i znikomym prądem jałowym. Znamionowe prądy pierwotne wynoszą od kilkudziesięciu do kilku tysięcy amperów ale istnieją również konstrukcje (w stalowniczych piecach łukowych), w których prądy pierwotne wynoszą nawet 50 kA.

Przekładnik kombinowany, zwany dawniej również zespołem przekładnikowym prądowo-napięciowym, we wspólnym zbiorniku lub izolatorze zawiera dwa przekładniki (człony): prądowy i napięciowy. Korzyści wynikające ze stosowania przekładników kombinowanych polegają na zastąpieniu dwóch przekładników jednym - tańszym i zajmującym mniej miejsca niż dwa oddzielne przekładniki. Mniejsze koszty (niekiedy nawet o 50%) wynikają z mniejszej masy takiej konstrukcji i niższych kosztów zastosowanej izolacji, której wartość, szczególnie w konstrukcjach wysokonapięciowych, może obecnie stanowić ponad 50% ceny całego przekładnika.

Z opisu zgłoszenia europejskiego EP 0627750 znane jest rozwiązanie indukcyjnego przekładnika kombinowanego, którego podstawowym elementem w części przekładnika napięciowego jest w ykonany z arkuszy blach o różnych wymiarach rdzeń kolumnowy z otworem wewnętrznym oraz uzwojenie wtórne, umieszczone wewnątrz tzw. przepustu wysokiego napięcia, stanowiącego wspólną izolację pierwotną zarówno przekładnika napięciowego, jak i prądowego. Na przepuście (wspólnej izolacji pierwotnej obu przekładników) usytuowane jest wielocewkowe uzwojenie pierwotne.

Zasadniczą wadą tego rozwiązania jest duże rozproszenie strumienia magnetycznego spowodowane obiegiem strumienia magnetycznego w dużej części w powietrzu, co wywołane jest kształtem samego rdzenia.

Z opisu patentu P.193711 znany jest przekładnik kombinowany prądowo-napięciowy stosowany w układach energetycznych i pomiarowych wysokiego napięcia, 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. Uzwojenie pierwotne przekładnika napięciowego i uzwojenie wtórne przekładnika napięciowego nawinięte są na środkowej kolumnie rdzenia w cylindrycznej rurze z materiału izolacyjnego, stanowiącej złożenie współosiowe dwóch rdzeni prostokątnych. Stopniowane ekrany ekwipotencjalne wbudowane w materiał izolacyjny naniesiony na wyprowadzenie wysokiego napięcia przekładnika napięciowego połączone są z ekranami ekwipotencjalnymi wbudowanymi w materiał izolacyjny naniesiony na rurę z wyprowadzeniami uzwojeń wtórnych przekładnika prądowego, tworząc połączenie galwaniczne między ekranami o tym samym napięciu indukowanym.

Do zasadniczych wad tego rozwiązania należy konieczność wykonania dwóch kompletnych izolacji WN na częściach napięciowej i prądowej przekładnika kombinowanego oraz konieczność prec yPL 223 492 B1 zyjnego ustawienia (zgrania) względem siebie ekranów sterujących przepustów WN części napięciowej i prądowej, a także większa średnica izolatora osłonowego wymuszona potrzebą umieszczenia w nim obok siebie przepustów części napięciowej i prądowej.

Przekładnik kombinowany łańcuszkowy według wynalazku, składający się z przekładnika napięciowego i przekładnika prądowego, charakteryzuje się tym, że w głowicy przekładnika kombinowanego usytuowany jest rdzeń przekładnika napięciowego oraz metalowa obudowa, w której umieszczone są: co najmniej jeden rdzeń przekładnika prądowego z wykonanym na nim co najmniej jednym uzwojeniem wtórnym oraz co najmniej jedno uzwojenie wtórne przekładnika napięciowego, przy czym metalowa obudowa wraz z przewodzącym lub półprzewodzącym ekranem stanowią ekrany sterujące polem elektrycznym uzwojenia pierwotnego przekładnika napięciowego, zaś izolację główną przekładnika kombinowanego stanowią: izolacja obudowy metalowej będąca jednocześnie izolacją warstwową uzwojenia pierwotnego przekładnika napięciowego oraz izolacja przepustu.

Korzystnie jest, gdy wyprowadzenia uzwojeń wtórnych przekładnika prądowego i przekładnika napięciowego prowadzone są za pomocą jednego wspólnego przepustu wyposażonego lub niewyposażonego w sterowanie pojemnościowe rozkładem pola elektrycznego wewnątrz przepustu.

Korzystnie jest również, gdy w przypadku sterowania pojemnościowego polem elektrycznym wewnątrz przepustu sterowanie to realizowane jest za pomocą ekranów głównych z cienkich folii przewodzących o stałej długości każdego ekranu i stałym ich osiowym przesunięciu względem ekranu poprzedniego.

Korzystnie jest również, gdy w przypadku braku pojemnościowego sterowania polem elektrycznym wewnątrz przepustu, na przepuście jest wykonane zakończenie ekranu za pomocą pierścienia sterującego polem elektrycznym o wysokim potencjale, umieszczonego na przepuście.

Korzystnie jest, gdy na rdzeniu przekładnika napięciowego usytuowane jest w formie rury uzwojenie pierwotne przekładnika prądowego.

Korzystnie jest również, gdy sam rdzeń przekładnika napięciowego jest uzwojeniem pierwotnym przekładnika prądowego.

Korzystnie jest również, gdy rdzeń bądź rdzenie przekładnika prądowego stanowią uzwojenie bądź uzwojenia wtórne przekładnika napięciowego.

Korzystnie jest, gdy medium wypełniające głowicę, izolator osłonowy i inne elementy przekładnika stanowi olej elektroizolacyjny.

Korzystnie jest również, gdy medium wypełniające głowicę, izolator osłonowy i inne elementy przekładnika stanowi gaz SF6.

Korzystnie jest również, gdy materiałem zarówno głowicy, izolatora osłonowego, a także wypełnienia przestrzeni wewnątrz izolatora osłonowego i przestrzeni wewnątrz głowicy jest zalewa z żywicy epoksydowej lub zalewa z silikonu elektrotechnicznego.

Przedmiot wynalazku jest wyjaśniony w przykładzie realizacji na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny przekładnika kombinowanego łańcuszkowego ze sterowaniem pojemnościowym rozkładu pola elektrycznego za pomocą ekranów sterujących, fig. 2 przedstawia przekrój wzdłużny przekładnika, w którym nie ma sterowania pojemnościowego rozkładu pola elektrycznego za pomocą ekranów sterujących, fig. 3 przedstawia przekrój wzdłużny przekładnika wypełnionego gazem SF6, fig. 4 przedstawia przekrój wzdłużny przekładnika wykonanego z żywicy epoksydowej.

Obudowa przekładnika, od góry, składa się z mieszka kompensacyjnego 1 do kompensacji zmian objętości oleju, głowicy 2, izolatora osłonowego 3 oraz podstawy i skrzynki 4 do wyprowadzenia zacisków wtórnych przekładnika prądowego i napięciowego.

W głowicy 2 usytuowany jest rdzeń 5 przekładnika napięciowego oraz metalowa obudowa 6, w której umieszczone są rdzenie 7 przekładnika prądowego z wykonanymi na nich uzwojeniami wtórnymi oraz co najmniej jedno uzwojenie wtórne 8 przekładnika napięciowego. Uzwojenie pierwotne 9 przekładnika napięciowego, znajdujące się na zewnątrz metalowej obudowy 6, zapewnia w znacznym stopniu izolację obudowy 6, stanowiąc tym samym część izolacji głównej przekładnika kombinowanego.

Izolację główną przekładnika kombinowanego stanowi izolacja 10 obudowy metalowej 6, będąca jednocześnie izolacją warstwową uzwojenia pierwotnego 9 przekładnika napięciowego, oraz izolacja na przepuście 11.

Na izolacji 10 obudowy metalowej 6 wykonany jest ekran 12 z materiału przewodzącego lub półprzewodzącego.

Obudowa metalowa 6 oraz ekran przewodzący lub półprzewodzący 12 są ekranami sterującymi pole elektryczne uzwojenia pierwotnego 9 przekładnika napięciowego.

PL 223 492 B1

W przykładowej realizacji wynalazku, wyprowadzenia uzwojeń wtórnych nawiniętych na rdzeń 7 przekładnika prądowego oraz uzwojeń wtórnych 8 przekładnika napięciowego prowadzone są za pomocą jednego wspólnego przepustu 11 ze sterowaniem pojemnościowym rozkładu pola elektrycznego za pomocą ekranów sterujących 13 wykonanych z cienkich folii przewodzących. W rozwiązaniu tym będący na wysokim potencjale ekran przewodzący lub półprzewodzący 12 łączony jest z ostatnim zewnętrznym ekranem sterującym przepustu 13.

W innym przykładzie realizacji wynalazku, w którym nie ma sterowania pojemnościowego w postaci cienkich folii przewodzących w przepuście, zakończenie ekranu przewodzącego lub półprzewodzącego 12 zrealizowane jest za pomocą odpowiednio dobranego pierścienia 14 sterującego polem elektrycznym o wysokim potencjale, wykonanego z materiału przewodzącego prąd elektryczny i umieszczenie go w odpowiednim miejscu na przepuście 11.

W przykładowej realizacji wynalazku, na rdzeniu 5 przekładnika napięciowego w formie rury usytuowane jest uzwojenie pierwotne 15 przekładnika prądowego.

W innym przykładzie realizacji wynalazku, sam rdzeń 5 przekładnika napięciowego może pełnić również funkcję uzwojenia pierwotnego przekładnika prądowego. W tym przykładzie nie występuje uzwojenie pierwotne 15.

W jeszcze innym przykładzie realizacji wynalazku, nie pokazanym na rysunku, w przypadku uzwojenia pierwotnego 15 przekładnika prądowego o większej niż jeden liczbie zwojów, zwoje tego uzwojenia mogą być nawinięte na ekranie sterującym 12.

W przykładowej realizacji wynalazku zarówno głowica 2, izolator osłonowy 3, mieszek do kompensacji zmian objętości oleju 1 oraz podstawa przekładnika 4 wypełnione są medium 16, który stanowi olej elektroizolacyjny.

W innym przykładzie realizacji wynalazku medium 16 stanowi gaz SF6. W tym przykładzie real izacji wynalazku nie ma mieszka do kompensacji zmian objętości oleju 1 i jego pokrywy. Jest natomiast dodatkowo w miejscu mieszka do kompensacji zmian objętości oleju pokrywa głowicy wraz z zainstalowanym na niej zaworem bezpieczeństwa 17. W tym przykładzie realizacji wynalazku izol ację przekładnika stanowi izolacja warstwowa 18 przekładnika napięciowego wykonana z folii dielektrycznej.

W jeszcze innym przykładzie realizacji wynalazku głowica 2, izolator osłonowy 3 i izolacja głó wna przekładnika kombinowanego wykonane są z żywicy epoksydowej lub z silikonu elektrotechnicznego. Elementy te stanowią jedną spójną nierozerwalną całość i wykonane są w tym samym etapie produkcji. Ze względu na to, iż w zaproponowanej realizacji wynalazku izolacją główną jest izolacja z silikonu elektrotechnicznego lub żywicy epoksydowej, również i w tej realizacji wynalazku nie ma mieszka do kompensacji zmian objętości oleju 1. W tym przykładzie realizacji wynalazku izolację przekładnika stanowi silikon lub żywica wraz z izolacją warstwową 18 przekładnika napięciowego w ykonaną z folii dielektrycznej.

W innym przykładzie realizacji wynalazku z izolacją główną SF6, jak również silikonową lub żywiczną, w przypadku uzwojenia pierwotnego 15 przekładnika prądowego o większej niż jeden liczbie zwojów, zwoje tego uzwojenia mogą być nawijane na wewnętrznej lub zewnętrznej części głowicy 2 oraz wewnątrz okna zaizolowanej obudowy metalowej 6.

Przedstawione powyżej rozwiązania według wynalazku nie ograniczają się tylko do opisanych przykładów wykonania, ale może być modyfikowane dość swobodnie w zakresie zastrzeżeń pate ntowych.

Do zalet rozwiązania według wynalazku, w porównaniu do innych istniejących rozwiązań, można zaliczyć:

• mniejsze koszty obudowy, gdyż zarówno przekładnik prądowy, jak i napięciowy, umieszczony jest w głowicy przekładnika, • mniejsze zużycie oleju elektroizolacyjnego lub gazu SF6 do wypełnienia wnętrza przekładnika, • uproszczenie izolacji głównej przekładnika kombinowanego, w wyniku czego przekładnik kombinowany tego typu jest mniej zawodny w eksploatacji niż klasyczny przekładnik kombinowany, w którym izolacja jest podzielona na izolację główną przekładnika prądowego i izolację główną przekładnika napięciowego, • niższy koszt i mniejsza pracochłonność wykonania izolacji głównej przekładnika kombinowanego o zaproponowanej konstrukcji.

PL 223 492 B1

Ponadto, zarówno część napięciowa, jak i prądowa przekładnika według wynalazku mają jedną wspólną izolację główną oraz jeden przepust WN, dzięki czemu możliwe jest też zmniejszenie średnicy izolatora osłonowego.

Wykaz stosowanych oznaczeń

1. mieszek kompensacyjny

2. głowica

3. izolator osłonowy

4. skrzynka do wyprowadzenia zacisków wtórnych przekładnika prądowego i napięciowego

5. rdzeń przekładnika napięciowego

6. metalowa obudowa

7. rdzeń przekładnika prądowego z uzwojeniem wtórnym

8. uzwojenie pierwotne przekładnika napięciowego

9. uzwojenie wtórne przekładnika napięciowego

10. izolacja obudowy metalowej

11. przepust

12. ekran z materiału przewodzącego lub półprzewodzącego izolacji obudowy metalowej

13. ekrany sterujące wykonane z cienkich folii przewodzących

14. pierścień sterujący polem elektrycznym o wysokim potencjale

15. uzwojenie pierwotne przekładnika prądowego

16. medium (olej lub gaz SF6)

17. zawór bezpieczeństwa

18. izolacja warstwowa przekładnika napięciowego

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przekładnik kombinowany łańcuszkowy, składający się z przekładnika napięciowego i przekładnika prądowego, znamienny tym, że w głowicy (2) usytuowany jest rdzeń (5) przekładnika napięciowego oraz metalowa obudowa (6), w której umieszczone są: co najmniej jeden rdzeń (7) przekładnika prądowego z wykonanym na nim co najmniej jednym uzwojeniem wtórnym oraz co najmniej jedno uzwojenie wtórne (8) przekładnika napięciowego, przy czym metalowa obudowa (6) wraz z przewodzącym lub półprzewodzącym ekranem (13) stanowią ekrany sterujące polem elektrycznym uzwojenia pierwotnego (9) przekładnika napięciowego, w ten sposób, że uzwojenie pierwotne (9) przekładnika napięciowego znajduje się na zewnątrz obudowy (6), zaś izolację główną przekładnika kombinowanego stanowią: izolacja (10) obudowy metalowej (6), będąca jednocześnie izolacją warstwową uzwojenia pierwotnego (9) przekładnika napięciowego oraz izolacja przepustu (11).
2. 2. Przekładnik według zastrz. 1, znamienny tym, że wyprowadzenia uzwojeń wtórnych nawiniętych na rdzeń (7) przekładnika prądowego oraz uzwojeń wtórnych (8) przekładnika napięciowego prowadzone są za pomocą jednego wspólnego przepustu (11) wyposażonego lub niewyposażonego w sterowanie pojemnościowe rozkładem pola elektrycznego wewnątrz przepustu (11).
3. 3. Przekładnik według zastrz. 2, znamienny tym, że w przypadku sterowania pojemnościowego polem elektrycznym wewnątrz przepustu (11) sterowanie to realizowane jest za pomocą ekranów głównych (13) wykonanych z cienkich folii przewodzących o stałej długości każdego ekranu i stałym ich osiowym przesunięciu względem ekranu poprzedniego.
4. 4. Przekładnik według zastrz. 2, znamienny tym, że w przypadku braku pojemnościowego sterowania polem elektrycznym wewnątrz przepustu (11), na przepuście (11) jest wykonane zakończenie ekranu (12) za pomocą pierścienia (14) sterującego polem elektrycznym o wysokim potencjale, umieszczonego na przepuście (11).
5. 5. Przekładnik według zastrz. 1, znamienny tym, że na rdzeniu (5) przekładnika napięciowego usytuowane jest w formie rury uzwojenie pierwotne (15) przekładnika prądowego.
6. 6. Przekładnik według zastrz. 1 , znamienny tym, że sam rdzeń (5) przekładnika napięciowego jest uzwojeniem pierwotnym przekładnika prądowego.
7. 7. Przekładnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rdzeń bądź rdzenie (7) przekładnika prądowego stanowią uzwojenie bądź uzwojenia wtórne (8) przekładnika napięciowego.

   PL 223 492 B1
8. 8. Przekładnik według zastrz. 1, znamienny tym, że medium (16) wypełniające głowicę (2), izolator osłonowy (3) i inne elementy przekładnika stanowi olej elektroizolacyjny.
9. 9. Przekładnik według zastrz. 1, znamienny tym, że medium (16) wypełniające głowicę (2), izolator osłonowy (3) i inne elementy przekładnika stanowi gaz SF6.
10. 10. Przekładnik według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem zarówno głowicy (2), izolatora osłonowego (3), a także wypełnienia przestrzeni wewnątrz izolatora osłonowego (3) i przestrzeni wewnątrz głowicy (2) jest zalewa z żywicy epoksydowej lub zalewa z silikonu elektrotechnicznego.