[发明专利]HV仪器变压器

说明书

本发明的主题为基于新型组合干式绝缘系统的高压(HV)仪器变压器。HV仪器变压器的特征在于电流变压器(1)具有用于使次级绕组组件(5)与初级绕组导线(6)电绝缘的衬套形式的头部绝缘体(7)。头部绝缘体(7)置于传导封壳(12)内且与绝缘部件(15)接触，该绝缘部件(15)由弹性适应材料制成，其紧密地附连到电流变压器(1)的头部绝缘体(7)的匹配外表面，且传导封壳(12)或(26)由导电聚合物或导电弹性体材料制成。

背景

本发明的主题为基于新型组合干式绝缘系统的高压(HV)仪器变压器。

目前，大多数高压仪器变压器(电流变压器和电压变压器两者)通过油浸渍纸电绝缘。

电流变压器以顶芯或发针技术构建。

高压电流变压器的发针构造包括具有U形的长HV导线，绝缘纸包绕该导线且浸渍在油中。绝缘物通常包括场分级结构，其由插入包装纸的层之间的导电层构成。变压器的次级绕组围绕绝缘导线布置在U形的底部处。发针类型的初级绕组的很长的导线是不利的，因为由于导线的电阻，产生热且显著限制可获得的变压器的额定电流。

高压电流变压器的顶芯构造通常由支承绝缘物、支承绝缘物所承载的金属头部壳体以及包封在头部壳体中的衬套构成，衬套延伸穿过铁芯和变压器的次级绕组。初级绕组由穿过衬套的开口的直HV导线构成。初级绕组的导线很短且可容易地以大直径制成，并且因此电阻小且特征为小的热损耗，这容许比发针类型的那些高得多的额定电流。

顶芯电流变压器的最常见的电绝缘系统以油浸渍纸技术制成。绝缘纸包绕对应的高压和接地结构元件，或从预切片堆叠，且插入设计成承载电应力的空间中。包括头部壳体和支承绝缘物中的那些的整个绝缘纸系统随后干燥且浸没在变压器油中。

重要的是，具有其衬套、铁芯、绕组和绝缘材料的变压器的顶部的大小和重量可尽可能小，以减小相对较高的支承绝缘物在动态加载时(例如，在强风或地震的情况下)经历的机械应力。

减小变压器的头部的重量的方法中的一种在于向绝缘系统提供可能均匀的电场，因此使绝缘距离且因此头部的实际尺寸尽可能小。这可利用电容场分级来完成，电容场分级通常使用插入绝缘纸层之间的导电片实现。导致尺寸减小的电容场分级的示例在专利US4117437中给出。电容场分级系统由围绕变压器的初级绕组的导线布置的同心圆柱形导电片和具有布置在由圆柱形片构成的场分级结构的两侧处的环形开口的一定数目的平的平行传导环构成。

专利PL195878B1中提出的解决方案公开了一种电流变压器的环形次级绕组的绝缘物，其置于组合电流和电压变压器的头部箱中，其中固态绝缘材料(环氧树脂)的层围绕绕组的金属护罩布置。如此形成的绝缘系统浸渍在油中。环氧树脂绝缘层的应用(其中介电强度大于油)导致绝缘距离的一定缩短。然而，结构中缺少电容分级显著地限制了这种缩短。

高压感应电压变压器的结构通常由安装在接地箱的顶部上且具有在其顶部处的金属高压头部电极的柱状绝缘体构成。HV引线向下穿过柱状绝缘体引至置于接地箱中的变压器的初级绕组。柱状绝缘体和初级绕组的电绝缘物由浸渍有变压器油的纸制成。

为了补偿油的热收缩和膨胀，在电流变压器和电压变压器两者中，油量的一部分被包括在未受电应力且仅用作膨胀补偿量的区域中。该膨胀量可包含在头部壳体的顶部上的单独的膨胀箱中。此解决方案在PL195878B1中所述的变压器中采用。例如在US4117437中所述的那样，具有适量的油的系统可使用包括在头部箱中的弹性隔膜。

在各种情况下，变压器的头部中的额外油量增大其重量，且结果导致在动态地加载时施加在支承绝缘物上的较高机械应力。绝缘系统中的油的应用还引起泄漏风险和环境污染，且油通常不耐火。那些缺点可通过在变压器的头部和柱中使用干式无液体绝缘物来消除。