EA001877B1 - Способ и устройство для управления трансформатором/реактором и трансформатор/реактор - Google Patents

Abstract

Способ регулирования индуцированного напряжения трансформатора или реактивной мощности реактора, в котором обмотка (5; 26) выполнена изолированным электрическим проводником, включающим, по меньшей мере, один токонесущий проводник, первый полупроводящий слой, окружающий проводник, твердый изолирующий слой, окружающий первый полупроводящий слой, и второй полупроводящий слой, окружающий изолирующий слой, состоит в том, что вокруг магнитопровода (1) располагают регулировочную обмотку (3; 22) и изменяют ее длину. Устройство для реализации этого способа входит в состав трансформатора/реактора.

Description

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для регулирования индуцированного напряжения трансформатора или регулирования реактивной мощности реактора.

Настоящее изобретение относится, кроме того, к трансформатору/реактору, как указано в п. 36 формулы изобретения.

Настоящее изобретение относится как к трансформаторам и реакторам с магнитным сердечником, описанным ниже, так и к трансформаторам и реакторам с воздушным заполнением.

Трансформаторы используются для передачи и распределения электрической энергии и их задача состоит в том, чтобы сделать возможным обмен электрической энергией между двумя и более электрическими системами. Трансформаторы используются во всех диапазонах мощностей от нескольких вольт-ампер до 1000 МВА. К мощным трансформаторам обычно относят трансформаторы с номинальной выходной мощностью от нескольких киловольт-ампер до более чем 1000 МВА и с номинальным напряжением от 3-4 кВ до очень высоких напряжений магистральных линий передачи.

Обычный мощный трансформатор включает трансформаторный сердечник, называемый далее сердечником, набранный из пластин листового металла, предпочтительно ориентированных обычно из кремнистой стали.

Сердечник состоит из ряда стержней, соединенных ярмом. Вокруг стержней сердечника расположен ряд обмоток в виде первичной, вторичной и регулировочной обмоток. В мощных трансформаторах эти обмотки практически всегда расположены концентрически и распределены вдоль стержней сердечника.

Обычные мощные трансформаторы на нижнем краю вышеупомянутого диапазона мощностей иногда выполняют с воздушным охлаждением для отвода неизбежных потерь в виде тепла. Большинство мощных трансформаторов, однако, охлаждаются маслом и, как правило, посредством так называемого принудительного масляного охлаждения. Это относится в особенности к трансформаторам большой мощности. Охлаждаемые маслом трансформаторы обладают рядом известных недостатков. Они являются большими, громоздкими и тяжелыми, что создает большие транспортные проблемы. Нужно также учесть многочисленные требования в отношении безопасности и периферийного оборудования, из которых особенно существенным является необходимость наличия внешнего бака, в который нужно поместить трансформатор в случае охлаждения его маслом.

Однако было показано, что во многих случаях можно заменить охлаждаемые маслом мощные трансформаторы сухими трансформаторами, то есть трансформаторами нового типа, не использующими масла. Этот новый тип трансформатора снабжен обмоткой, сконструированной с применением высоковольтных изолированных электрических проводников, имеющих твердую изоляцию и конструктивно подобных кабелям, используемым для передачи электрической энергии (например, так называемым кабелям с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями). Следовательно, сухие трансформаторы нового типа могут быть использованы при значительно более высоких мощностях, чем это было возможно для обычных сухих трансформаторов.

Что касается реакторов, то они включают сердечник, который обычно снабжен только сухой обмоткой. В остальном, все, что сказано выше о трансформаторах, вообще также применимо к реакторам. Заметим, что большие реакторы также охлаждаются маслом.

По различным причинам часто необходимо иметь возможность регулировать или подстраивать напряжение мощного трансформатора. Это, например, применяется для поддержания вторичного напряжения постоянным при изменяющемся первичном напряжении; для изменения вторичного напряжения; для понижения напряжения, чтобы запустить вращающуюся машину; для обеспечения нейтральной точки для заземления или для достижения баланса токов в дифференциальных цепях и т.д. По этой причине трансформаторы снабжаются регулировочной обмоткой, которая может регулировать коэффициент трансформации.

Что касается трансформаторов для низких напряжений, то из БК 805544 и СВ 1341050 известно, что можно изменять эффективную длину обмотки посредством барабана регулировочной обмотки, на который обмотка наматывается или с которого она сматывается. Однако такое применение ограничено низкими напряжениями вследствие совершенно другого типа обмотки, используемого в трансформаторах большой мощности, где обмотка является жесткой, а также вследствие проблем изоляции, связанных с такой обмоткой. Известная техника для обычных мощных трансформаторов в диапазонах более высоких мощностей, то есть трансформаторов, охлаждаемых маслом, представлена, например, в ’Ч&Р ТтапкГоттет Воок (А. С. Бгаикйи е! а1, 11111 Εάίίίοη 1983), где описано, как можно производить регулирование различными способами. Два наиболее употребительных способа это, во-первых, использование так называемых переключателей ответвлений обмотки без нагрузки, при котором может иметь место отвод от выводов с различным напряжением, находящихся внутри трансформаторного бака, что может происходить только тогда, когда трансформатор отключен от нагрузки, и во-вторых, использование так называемых шунтирующих переключателей, при котором может иметь место отвод от выводов с различным напряжением, доходящих до внешней стороны трансфор3 маторного бака, что может происходить под нагрузкой.

При переключении ответвлений части регулировочной обмотки соединяются с нужной стороной обмотки, так что получается требуемая регулировка напряжения. Это может происходить ступенями, причем типичное значение шага между отводами составляет 10 витков обмотки. Это устройство имеет недостаток, состоящий в том, что несмотря на относительно большое количество отводов, которое необходимо, чтобы обеспечить разумное количество ступеней регулирования, возможности регулирования все еще ограничены и далеки от бесступенчатого регулирования.

Соответственно реакторы могут быть снабжены регулировочной обмоткой, посредством которой может регулироваться реактивная мощность реактора и которая создает аналогичные проблемы.

Целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для решения вышеупомянутых проблем и для улучшения возможностей управления трансформатором или реактором, в особенности сухого типа, в диапазоне высоких мощностей. Другая цель состоит в создании такого усовершенствованного трансформатора/реактора.

Эти цели достигаются посредством способа, раскрытого в п. 1 формулы изобретения. Цель также достигается посредством трансформатора/реактора согласно п. 36 формулы изобретения.

Настоящее изобретение относится, таким образом, к способу регулирования индуцированного напряжения трансформатора или регулирования реактивной мощности реактора, в котором обмотка выполнена изолированным электрическим проводником, включающим, по меньшей мере, один токонесущий проводник, первый полупроводящий слой, окружающий проводник, твердый изолирующий слой, расположенный вокруг первого полупроводящего слоя, и второй полупроводящий слой, расположенный вокруг изолирующего слоя, согласно которому регулировочную обмотку размещают вокруг магнитопровода, и длину регулировочной обмотки, размещенной вокруг магнитопровода, изменяют.

Магнитопровод может быть сердечником трансформатора или сердечником реактора, как описано выше. Однако, как способ, так и устройство согласно настоящему изобретению, применимы также к воздухозаполненным трансформаторам и реакторам, о чем также было сказано выше.

Согласно изобретению, предложено соответствующее устройство, где трансформатор/реактор включает, по меньшей мере, один магнитопровод и обмотку, выполненную изолированным электрическим проводником, включающим, по меньшей мере, один токонесущий проводник, первый полупроводящий слой, расположенный вокруг проводника, твердый изолирующий слой, расположенный вокруг первого полупроводящего слоя, и второй полупроводящий слой, расположенный вокруг изолирующего слоя, причем устройство дополнительно включает регулировочную обмотку и регулировочное средство, посредством которого длина регулировочной обмотки, размещенной вокруг магнитопровода, может изменяться.

Способ и устройство имеют преимущество, состоящее в том, что длина регулировочной обмотки может регулироваться непрерывно очень простым образом также в высоковольтных трансформаторах и реакторах. Однако непременное условие этого состоит в том, что обмотка трансформатора/реактора выполняется из высоковольтного изолированного электрического проводника вышеупомянутого типа. При использовании такого проводника или кабеля решается проблема изоляции, которая возникает, когда обычная обмотка наматывается на барабан регулировочной обмотки или сматывается с него. Вследствие этого становится возможным использовать, например, регулирование обмотки с помощью барабана также для высоких напряжений, то есть в распределительных и силовых трансформаторах.

Соответственно обмотки в устройстве согласно изобретению предпочтительно выполнены аналогично кабелям, имеющим твердую, полученную путем экструзии изоляцию, как, например, кабели, используемые для распределения электроэнергии, такие как кабели с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями или кабели с изоляцией из этиленпропиленового каучука. Такой кабель содержит внутренний проводник, состоящий из одной или более жил, внутренний полупроводящий слой, окружающий проводник, твердый изолирующий слой, окружающий этот полупроводящий слой, и внешний полупроводящий слой, окружающий изолирующий слой. Такие кабели являются гибкими, что является важным в данном случае, так как изготовление устройства согласно изобретению основано, главным образом, на выполнении обмотки из кабелей, которые изгибаются во время сборки. Гибкость кабеля с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями обычно соответствует радиусу изгиба приблизительно 20 см для кабеля диаметром 30 мм и радиусу изгиба приблизительно 65 см для кабеля диаметром 80 мм. В настоящей заявке термин гибкий означает, что обмотка может быть изогнута с радиусом кривизны приблизительно до четырех диаметров кабеля, предпочтительно от восьми до двенадцати диаметров кабеля.

Обмотка должна быть сконструирована так, чтобы она сохраняла свои свойства даже в случае, когда она изогнута и подвергается воздействию тепловых или механических напряже5 ний во время работы. Существенно, чтобы в этом случае слои сохраняли свою адгезию друг к другу. Свойства материалов слоев играют здесь решающую роль, в особенности их упругость и относительные коэффициенты теплового расширения. Например, в кабеле с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями изолирующий слой может состоять из полиэтилена низкой плотности с межмолекулярными связями, а полупроводящие слои - из полиэтилена с добавлением частиц сажи и металла. Изменения объема в результате температурных флуктуаций полностью поглощаются изменениями радиуса кабеля и, благодаря сравнительно малой разнице между коэффициентами теплового расширения слоев в сравнении с упругостью этих материалов, радиальное расширение может происходить без потери адгезии между слоями.

Комбинации материалов, упомянутых выше, следует рассматривать только как примеры. Другие комбинации материалов, удовлетворяющих указанным условиям, а также условию полупроводимости, т.е. имеющие удельное электрическое сопротивление в пределах 10^-110⁶ Ом-см, например 1-500 Ом-см или 10-200 Ом-см, естественно, также попадают в рамки изобретения.

Изолирующий слой может состоять, например, из твердого термопластичного материала, такого как полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, полипропилен, полибутилен, полиметилпентен, материала с межмолекулярными связями, такого как полиэтилен с межмолекулярными связями, или каучука, такого как этиленпропиленовый каучук или силиконовый каучук.

Внутренний и внешний полупроводящие слои могут быть выполнены из того же основного материала, но с добавлением в него частиц проводящего материала, такого как сажа или металлический порошок.

На механические свойства этих материалов, в частности на их коэффициенты теплового расширения, относительно слабо влияет добавка сажи или металлического порошка, по меньшей мере, в количествах, требуемых, чтобы достичь такой проводимости, какая необходима согласно изобретению. Изолирующий слой и полупроводящие слои, таким образом, имеют по существу одинаковые коэффициенты теплового расширения.

Подходящими полимерами для создания полупроводящих слоев могут являться сополимеры этилен-винил-ацетат/нитрильный каучук, полиэтилен, привитый бутил-каучуком, сополимеры этилен-бутил-акрилат и сополимеры этилен-этил-акрилат.

Даже когда в качестве основы различных слоев используются различные типы материалов, желательно, чтобы их коэффициенты теп лового расширения были по существу одинаковыми. Именно это и имеет место для комбинаций материалов, перечисленных выше.

Материалы, перечисленные выше, имеют относительно хорошую упругость, их модуль упругости Е меньше 500 МПа, предпочтительно меньше 200 МПа. Такая упругость достаточна для того, чтобы любые незначительные различия между коэффициентами теплового расширения материалов слоев поглощались в радиальном направлении за счет упругости материала, чтобы не появлялось никаких трещин или других повреждений и слои не отделялись друг от друга. Материал слоев является упругим, а адгезия между слоями, по меньшей мере, не меньше, чем прочность наименее прочного из материалов.

Проводимость двух полупроводящих слоев достаточна по существу для выравнивания потенциала вдоль каждого слоя. Проводимость внешнего полупроводящего слоя достаточна, чтобы удерживать электрическое поле в кабеле, но достаточно мала, чтобы не вызвать существенных потерь из-за индуцированных токов в направлении вдоль слоя.

Таким образом, каждый из двух полупроводящих слоев по существу образует одну эквипотенциальную поверхность и эти слои по существу удерживают электрическое поле между ними.

Естественно, что один или более дополнительных полупроводящих слоев могут быть размещены в изолирующем слое.

Пример изолированного проводника или кабеля, пригодного для использования в настоящем изобретении, описан более подробно в международных заявках АО 97/45919 и 97/45847. Дополнительное описание изолированного проводника или кабеля можно найти в заявках АО 97/45918, 97/45930 и 97/45931.

Согласно настоящему изобретению, способ может дополнительно отличаться тем, что регулировочную обмотку размещают на регулировочном средстве, причем регулировочное средство может вращаться вокруг магнитопровода. Непостоянная часть регулировочной обмотки может перемещаться, по меньшей мере, в одно средство хранения обмотки или в обратном направлении.

Дополнительная предпочтительная особенность состоит в том, что трансформатор/реактор включает основную обмотку, которая может быть соединена с регулировочной обмоткой. Кроме того, начиная от нулевого положения, в котором на барабане регулировочной обмотки нет витков обмотки, индуцированное напряжение/реактивная мощность трансформатора/реактора соответственно увеличивается, если обмотка наматывается на регулировочное средство в том же направлении, что и направление основной обмотки, и уменьшается, если обмотка наматывается на регулировочное средство в направлении, противоположном направлению основной обмотки, благодаря чему максимальное изменение числа витков обмотки составляет +/-Ν, где N - число витков, которое может быть намотано на регулировочное средство. Преимущество, достигаемое при этом, состоит в том, что обмотка может изменяться или непрерывно, или на произвольное число витков, в отличие от предшествующего уровня техники, когда были возможны только определенные заранее комбинации числа витков.

Регулировочное средство может включать способный вращаться барабан регулировочной обмотки.

Наматывание регулировочной обмотки в одном направлении соответствует, естественно, разматыванию регулировочной обмотки в противоположном направлении. Если максимум индуцированного напряжения/реактивной мощности достигается в случае, когда вся регулировочная обмотка наматывается в одном направлении, которое предполагается таким же как направление намотки основной обмотки, то уменьшение напряжения/мощности, естественно, сначала происходит путем разматывания регулировочной обмотки, прежде чем начинается наматывание ее в противоположном направлении.

Устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно отличаться тем, что регулировочная обмотка расположена на регулировочном средстве, а регулировочное средство может вращаться вокруг магнитопровода. В качестве дополнительного признака оно может включать средство перемещения непостоянной части регулировочной обмотки, по меньшей мере, на одно средство хранения обмотки или с него в обратном направлении. Предпочтительно, регулировочное средство включает способный вращаться барабан регулировочной обмотки, а средство хранения обмотки включает способный вращаться накопительный барабан. Наматывание и разматывание предпочтительно происходит за счет размещения регулировочной обмотки на вращающемся средстве, таком как барабан, но возможны и другие решения. Возможны также и другие решения, касающиеся средства хранения обмотки, такие как несколько барабанов, бобина или катушка и т.д., или вообще отсутствие таких средств.

Согласно другому предпочтительному признаку, регулировочная обмотка может быть расположена на стержне магнитопровода, относящемся к одной фазе многофазной системы, а основная обмотка может быть расположена на стержне магнитопровода, принадлежащем к другой фазе многофазной системы. Это дает возможность создания фазового сдвига.

Согласно еще одному предпочтительному признаку, средство хранения обмотки может включать вторую обмотку, расположенную во круг стержня магнитопровода, принадлежащего иной фазе многофазной системы, чем регулировочная обмотка. В таком устройстве могут быть достигнуты как управление напряжением посредством регулировочной обмотки, так и фазовый сдвиг посредством второй обмотки.

Устройство дополнительно отличается тем, что трансформатор/реактор включает основную обмотку, а регулировочная обмотка снабжена средствами электрического соединения с основной обмоткой. В особенно предпочтительном варианте, начиная с нулевого положения, в котором на барабане регулировочной обмотки нет витков обмотки, индуцированное напряжение/реактивная мощность трансформатора/реактора соответственно увеличивается, если средства перемещения обмотки наматывают обмотку на барабан регулировочной обмотки в том же направлении, что и направление основной обмотки, и уменьшается, если эти средства наматывают обмотку на барабан регулировочной обмотки в направлении, противоположном направлению основной обмотки, благодаря чему максимальное изменение числа витков обмотки будет +/-Ν, где N - число витков обмотки, которое может быть намотано на барабан регулировочной обмотки.

Предпочтительно, средство перемещения обмотки включает привод для вращения барабана регулировочной обмотки и привод для вращения накопительного барабана. Эти приводы предпочтительно выполнены в виде, по меньшей мере, одного двигателя и ременной передачи к соответствующему барабану. Возможно, таким образом, что общий двигатель приводит в действие барабан регулировочной обмотки и накопительный барабан. Другой возможностью является наличие собственного двигателя для каждого барабана. Трансформатор может также быть многофазным. В трехфазном трансформаторе, например, имеющем три регулировочные обмотки, из которых каждая может быть независимой от других, возможно, чтобы каждая из регулировочных обмоток приводилась в движение своим собственным двигателем, так что всего будет три двигателя, в альтернативном случае - шесть двигателей, или возможно, что все фазы регулируются одинаковым образом с использованием одного или двух двигателей, в зависимости от того, приводится ли в движение соответствующий накопительный барабан тем же двигателем, что и барабан регулировочной обмотки. Естественно, возможны другие виды передач, кроме ременной.

Согласно другому признаку, барабан регулировочной обмотки и накопительный барабан соответственно могут вращаться в двух направлениях.

Средство электрического соединения с основной обмоткой может включать шунтирующий переключатель. Длина обмотки может изменяться на один виток за одно переключение при помощи этого шунтирующего переключателя. Это обеспечивает преимущество более высокой разрешающей способности и возможность более точного регулирования, чем в известной ранее технике.

В альтернативном случае сердечник может иметь разрыв с размещенным в нем изолирующим средством, благодаря чему создается заземление или соединение с основной обмоткой посредством выходного проводника, отходящего от изолирующего средства. Изолирующее средство предпочтительно конструируется как поворотный диск из изолирующего материала или аналогичное устройство. С помощью поворотного диска возможно бесступенчатое изменение длины регулировочной обмотки, что является преимуществом.

Так как барабан регулировочной обмотки предпочтительно располагается вокруг сердечника, он предпочтительно выполнен, по меньшей мере, из двух частей, которые соединяются вместе в радиальном направлении, чтобы образовать барабан.

Изолированный электрический проводник обмотки имеет второй полупроводящий слой, который предпочтительно соединен с заранее заданным потенциалом, предпочтительно потенциалом земли. Как упоминалось выше, преимущество этого состоит в том, что электрическое поле, созданное токонесущим проводником, заключено в пределах твердого изолирующего слоя. Так как электрического поля нет вне обмотки, можно применить средства, которые прежде были известны только в технике низких напряжений и в электронике.

В устройстве, описанном в изобретении, высоковольтный электрический проводник может быть сконструирован несколькими путями. Помимо прочего, он предпочтительно имеет диаметр, лежащий в пределах 20-250 мм, и площадь сечения проводника в пределах 803000 мм². Первый слой, кроме того, находится под тем же потенциалом, что и токонесущий проводник. Второй слой предпочтительно выполнен так, что образует по существу эквипотенциальную поверхность, окружающую токонесущий проводник/проводники. Согласно другим конструктивным принципам, по меньшей мере, два соседних слоя имеют по существу одинаковые коэффициенты теплового расширения; токонесущий проводник может включать множество жил, где только немногие жилы не изолированы друг от друга, и, наконец, каждый из трех слоев можно надежно присоединить к соседнему слою по существу по всей поверхности их соединения.

Еще один признак состоит в том, что, по меньшей мере, один из двух, а возможно и оба барабана - барабан регулировочной обмотки и накопительный барабан, снабжены средством соединения второго полупроводящего слоя обмотки с заранее заданным потенциалом, пред почтительно потенциалом земли. Эти средства могут быть сконструированы несколькими путями.

Барабан регулировочной обмотки также предпочтительно снабжается средством, посредством которого заземляются проводники в обмотке. Это средство предпочтительно выполняется в виде скользящего контакта, например, из двух половин.

Настоящее изобретение будет теперь описано подробно на примерах его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, показывающие различные варианты исполнения и части изобретения, где:

фиг. 1 показывает принцип выполнения устройства согласно изобретению;

фиг. 2 - принцип выполнения устройства согласно изобретению, где число витков регулировочной обмотки изменяется на один виток единовременно посредством шунтирующего переключателя;

фиг. 3 - принцип еще одного варианта осуществления изобретения, где обмотка может регулироваться путем бесступенчатого управления;

фиг. 4 - принцип одного из вариантов заземления обмотки;

фиг. 5 - принцип еще одного варианта заземления обмотки;

фиг. 6 в перспективе показывает контакт, подходящий для заземления;

фиг. 7 - поперечное сечение контакта фиг. 6;

фиг. 8 иллюстрирует часть контакта фиг. 6;

фиг. 9 - поперечное сечение изолированного проводника, подходящего для использования в настоящем изобретении.

Фиг. 1 показывает трансформаторный сердечник 1, состоящий из ярма и двух стержней, в котором основная обмотка 2 намотана вокруг одного стержня, а регулировочная обмотка 3 вокруг другого стержня. Основная обмотка может быть как первичной, так и вторичной обмоткой. Регулировочная обмотка используется, чтобы изменять коэффициент трансформации. Регулировочная обмотка 3 образована витками 5, намотанными на барабан 6, способный вращаться. Как можно видеть, барабан 6 разделен на две половины 7, 8. Возможны также другие способы разделения барабана, облегчающие его установку вокруг стержней сердечника. Барабан снабжен, по меньшей мере, одной щекой для ременного привода от двигателя (не показан). Регулировочная обмотка функционирует как переменная катушка индуктивности. Число витков обмотки на барабане 6 регулировочной обмотки может изменяться с помощью способного вращаться накопительного барабана 12, предназначенного для наматывания на него обмотки 5. Накопительный барабан 12 также предпочтительно приводится в движение двигателем через ременную передачу.

На следующих рисунках одинаковые или соответствующие части обозначены теми же цифрами, что и на фиг. 1. Буквы А и В на фиг. 2, 4 и 5 показывают точки соединения обмоток, например, с основной обмоткой или землей.

Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 2, относится к регулировочной обмотке, длина которой изменяется ступенчато, на один виток обмотки единовременно. Это осуществляется посредством шунтирующего переключателя 15, который как таковой известен (другое его название - устройство связи с нагрузкой).

На фиг. 3 показан еще один вариант осуществления изобретения, в котором обмотка на барабане регулировочной обмотки может регулироваться посредством бесступенчатого управления. Здесь показан сердечник 18, который разделен на две части 18а, 18Ь посредством диска 20 из изолирующего материала. Диск может поворачиваться и он присоединен в своем центре к выходному проводнику 21, 21а, который проходит через часть 18Ь сердечника, а также присоединен к радиальному проводнику 22а, который соединен с регулировочной обмоткой 22. Проводники 21, 21а соединены, таким образом, с обмоткой 22 через проводник 22а. Обмотка 22 на барабане 23 регулировочной обмотки соединена с основной обмоткой, с выходным проводником или с потенциалом земли через проводники 22а, 21 и 21а, проходящие через указанное изолирующее средство, выполненное в виде диска 20, как показано на фиг. 3. При повороте диска обеспечивается бесступенчатая регулировка магнитного потока через последний виток при помощи проводников 22а, 21 и 21а. Этот поток может изменяться от нулевого значения до величины потока через полный виток обмотки 22. Проводник 21 может быть изолирован или может находиться в контакте с сердечником 18Ь. Контакт второго полупроводящего слоя обмотки может быть обеспечен посредством скользящего контакта.

На фиг. 6, 7 и 8 показано скользящее контактное устройство 60, которое хорошо подходит для заземления второго полупроводящего слоя. Контакт расположен у одного из концов вращающегося барабана, на котором помещается регулировочная обмотка 22. Скользящий контакт включает внешнюю трубку 62 и внутреннюю трубку 63, находящуюся внутри внешней трубки. Обе трубки изогнуты так, что образуют по существу кольцевой элемент, расположенный вокруг сердечника 1. Между двух трубок установлены одна или несколько обжатых винтовых пружин 63 или пружин с наклонными витками. Обе трубки, так же как винтовые пружины, изготовлены из электропроводящего материала. Внутренняя трубка находится в электрическом контакте с внешней трубкой посредством пружины. Внешняя трубка 62 снабжена осевым вырезом 67, проходящим по ее внешней окружности вдоль всей осевой длины трубки. Выходной проводник 68 соединен с внутренней трубкой для соединения с землей. Этот проводник свободно выходит наружу через вырез. Когда барабан регулировочной обмотки поворачивается, внешняя трубка, соединенная с барабаном, также вращается и обе трубки находятся в электрическом контакте друг с другом посредством винтовой пружины, работающей как скользящий контакт. Внешняя трубка благодаря этому соединена с землей. В качестве альтернативы, подвижной частью может быть внутренняя трубка, в то время как внешняя трубка будет неподвижной частью, снабженной выходным проводником.

Внешняя трубка 62 должна быть разделена, чтобы получить электрический разрыв на окружности вокруг сердечника. Эта задача может быть решена путем создания одного или нескольких разрезов 70 на близком расстоянии друг от друга. Поскольку скользящий контакт, то есть пружина, проходит эти разрезы, в пружине могут создаваться нежелательные токи, которые могут ее повредить. Чтобы предотвратить это, устройство снабжено другим типом контакта 72, например, подпружиненным угольным контактом, который коммутирует этот ток.

Фиг.4 иллюстрирует принцип заземления второго полупроводящего слоя обмотки. Барабан регулировочной обмотки у одного из своих концов снабжен, по меньшей мере, одним кольцом 28 с незначительной или умеренной проводимостью. Это кольцо имеет высокое сопротивление, по меньшей мере, 100 Ом, а обычно около 1000 Ом, чтобы предотвратить короткое замыкание. Сопротивление кольца может быть равномерно распределено вдоль кольца или сконцентрировано в областях высокого сопротивления, которые соединены с хорошо проводящим материалом. Вдоль барабана, т.е. вдоль его оси, и на внешней стороне барабана (под обмоткой) имеется множество удлиненных элементов 29 из проводящего материала, расположенных с регулярными промежутками. Эти элементы соединены с кольцом 28 и тем самым соединены друг с другом. Заземление обмотки происходит посредством контакта с внешним вторым полупроводящим слоем обмотки. Накопительный барабан 12 может быть также снабжен соответствующим приспособлением 30.

Фиг. 5 показывает вариант заземления внешнего второго полупроводящего слоя обмотки. Барабан регулировочной обмотки здесь также снабжен кольцом 38, которое соединено с потенциалом земли и располагается у одного из концов этого барабана, проходя вдоль окружности барабана. Дополнительные кольца 40 из проводящего материала расположены с регулярными промежутками вокруг полупроводящего слоя на изоляции проводника 36, так что кольца одного витка обмотки находятся в кон13 такте с соответствующими кольцами соседних витков обмотки. Таким образом эти кольца образуют, по меньшей мере, одно непрерывное электрическое соединение 42, проходящее поперек обмотки, и это соединение заземлено посредством контакта с первым кольцом 38, расположенным у одного из концов барабана. В альтернативном случае соответствующим образом может быть заземлен барабан 12 или могут быть заземлены оба барабана.

Наконец, на фиг. 9 представлен кабель, который особенно хорошо подходит для использования в качестве обмотки в трансформаторе/реакторе согласно изобретению. Кабель 50 включает, по меньшей мере, один токонесущий проводник 51, окруженный первым полупроводящим слоем 52. Снаружи первый полупроводящий слой снабжен слоем твердой изоляции 53. Вокруг слоя изоляции помещен второй полупроводящий слой 54. Токонесущий проводник может включать ряд жил 56, из которых, по меньшей мере, некоторые могут быть изолированы друг от друга. Три слоя кабеля, то есть два полупроводящих слоя и слой изоляции, выполнены так, что они скреплены друг с другом даже тогда, когда кабель изогнут. Поэтому кабель является гибким и это его свойство сохраняется в течение всего срока службы кабеля. Изображенный на чертеже кабель также отличается от обычных высоковольтных кабелей тем, что он может не содержать какого-либо внешнего слоя для механической защиты кабеля и металлического экрана, которым обычно снабжается такой высоковольтный кабель.

Изложенные выше варианты осуществления изобретения следует рассматривать только как примеры, не ограничивающие изобретение, которое, таким образом, может изменяться в рамках формулы изобретения.

Claims (39)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ регулирования индуцированного напряжения трансформатора или реактивной мощности реактора, в котором обмотка выполнена из изолированного электрического проводника, включающего, по меньшей мере, один токонесущий проводник, первый полупроводящий слой, окружающий проводник, твердый изолирующий слой, окружающий первый полупроводящий слой, и второй полупроводящий слой, окружающий изолирующий слой, при этом согласно указанному способу вокруг магнитопровода размещают регулировочную обмотку и изменяют длину регулировочной обмотки, размещенной вокруг магнитопровода.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулировочную обмотку размещают на регулировочном средстве, способном вращаться вокруг магнитопровода.
3. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что непостоянную часть регулировочной обмот ки перемещают, по меньшей мере, в одно средство хранения обмотки или из этого средства.
4. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что трансформатор или реактор включает основную обмотку, с которой соединена регулировочная обмотка.
5. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что, начиная с нулевого положения, в котором на регулировочном средстве нет обмотки, индуцированное напряжение или реактивную мощность соответственно трансформатора или реактора увеличивают, наматывая обмотку на регулировочное средство в том же направлении, что и направление основной обмотки, и уменьшают, наматывая обмотку на регулировочное средство в направлении, противоположном направлению основной обмотки, благодаря чему максимальное изменение числа витков обмотки составляет +/-Ν, где N - число витков обмотки, которое может быть намотано на регулировочное средство.
6. 6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что длину обмотки, намотанной на регулировочное средство, изменяют путем бесступенчатого регулирования, благодаря чему индуцированное напряжение и реактивную мощность, соответственно, изменяют путем бесступенчатого регулирования.
7. 7. Способ по любому из пп.4-5, отличающийся тем, что длину обмотки, намотанной на регулировочное средство, изменяют, по меньшей мере, на один виток обмотки единовременно, благодаря чему индуцированное напряжение и реактивную мощность, соответственно, изменяют ступенями, соответствующими одному витку обмотки.
8. 8. Способ по любому из пп.3-7, отличающийся тем, что средство хранения обмотки включает способный вращаться накопительный барабан, при этом регулировочное средство вращают посредством привода так, что перемещают обмотку с регулировочного средства на накопительный барабан или в обратном направлении.
9. 9. Способ по любому из пп.2-8, отличающийся тем, что регулировочное средство включает способный вращаться барабан регулировочной обмотки.
10. 10. Устройство для регулирования индуцированного напряжения трансформатора или реактивной мощности реактора, который включает, по меньшей мере, один магнитопровод (1) и обмотку (5; 26), выполненную изолированным электрическим проводником (50), включающим, по меньшей мере, один токонесущий проводник (51), первый полупроводящий слой (52), окружающий проводник, твердый изолирующий слой (53), расположенный вокруг первого полупроводящего слоя, и второй полупроводящий слой (54), расположенный вокруг изолирующего слоя, причем указанное устройство дополнительно включает регулировочную обмотку (3;

    22), размещенную вокруг магнитопровода, и регулировочное средство для изменения длины регулировочной обмотки, размещенной вокруг магнитопровода.
11. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что слои (52, 53, 54) выполнены так, что они скреплены друг с другом даже тогда, когда изолированный проводник изогнут.
12. 12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что регулировочная обмотка размещена на регулировочном средстве, которое способно вращаться вокруг магнитопровода.
13. 13. Устройство по любому из пп. 10-12, отличающееся тем, что оно включает, по меньшей мере, одно средство (12) хранения обмотки и средство перемещения непостоянной части регулировочной обмотки (3; 22), по меньшей мере, в указанное средство (12) хранения обмотки или из него.
14. 14. Устройство по любому из пп.10-13, отличающееся тем, что регулировочное средство включает способный вращаться барабан (6) регулировочной обмотки.
15. 15. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что средство хранения обмотки включает способный вращаться накопительный барабан (12).
16. 16. Устройство по любому из пп. 13-15, отличающееся тем, что средство хранения обмотки включает вторую обмотку, расположенную вокруг магнитопровода.
17. 17. Устройство по любому из пп. 13-16, отличающееся тем, что регулировочная обмотка расположена на стержне магнитопровода, принадлежащем одной фазе многофазной системы, а средство хранения обмотки включает обмотку, расположенную на стержне магнитопровода, принадлежащем другой фазе многофазной системы.
18. 18. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что трансформатор или реактор включает основную обмотку (2), а регулировочная обмотка (3; 22) снабжена средствами электрического соединения с основной обмоткой.
19. 19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что регулировочная обмотка выполнена с возможностью, начиная с нулевого положения, в котором на барабане регулировочной обмотки нет обмотки, увеличивать индуцированное напряжение или реактивную мощность соответственно трансформатора или реактора, когда средство перемещения обмотки (5) наматывает обмотку на барабан (6) регулировочной обмотки в том же направлении, что и направление основной обмотки, и уменьшать, когда средство перемещения обмотки наматывает обмотку (5) на барабан (6) регулировочной обмотки в направлении, противоположном направлению основной обмотки, благодаря чему максимальное изменение числа витков обмотки составляет +/Ν, где N - число витков обмотки, которое может быть намотано на барабан регулировочной обмотки.
20. 20. Устройство по любому из пп. 14-19, отличающееся тем, что средство перемещения обмотки включает привод для вращения барабана регулировочной обмотки и привод для вращения накопительного барабана.
21. 21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что указанные приводы выполнены в виде, по меньшей мере, одного двигателя и устройства ременной передачи для соответствующего барабана.
22. 22. Устройство по любому из пп.15-21, отличающееся тем, что барабан (6) регулировочной обмотки и накопительный барабан (12), соответственно, выполнены с возможностью вращаться в двух направлениях.
23. 23. Устройство по любому из пп. 18-22, отличающееся тем, что средства электрического соединения с основной обмоткой включают шунтирующий переключатель (15), посредством которого длина обмотки изменяется на один виток обмотки единовременно.
24. 24. Устройство по любому из пп. 18-22, отличающееся тем, что магнитопровод выполнен в виде твердого сердечника, в котором имеется разрыв с помещенным в него изолирующим средством (20), а соединение с регулировочной обмоткой (22) осуществлено сквозь изолирующее средство и сквозь сердечник, что обеспечивает бесступенчатое изменение длины регулировочной обмотки.
25. 25. Устройство по п.24, отличающееся тем, что последний виток (22а, 21, 21а) регулировочной обмотки обеспечивает возможность магнитному потоку изменяться между нулевым значением и максимальным потоком через полный виток обмотки (22).
26. 26. Устройство по п.24 или 25, отличающееся тем, что изолирующее средство образовано поворотным диском (20), выполненным из изолирующего материала.
27. 27. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что второй полупроводящий слой (54) изолированного электрического проводника соединен с источником заранее заданного потенциала.
28. 28. Устройство по любому из пп. 15-27, отличающееся тем, что, по меньшей мере, или барабан (6) регулировочной обмотки или, соответственно, накопительный барабан (12) снабжен средствами (60; 28; 29; 38; 40) соединения второго полупроводящего слоя (54) с источником заранее заданного потенциала.
29. 29. Устройство по п.27 или 28, отличающееся тем, что потенциал источника заранее заданного потенциала равен потенциалу земли.
30. 30. Устройство по п.28 или 29, отличающееся тем, что средства соединения второго полупроводящего слоя с источником заранее заданного потенциала содержат скользящий контакт, включающий внешнюю трубку (62) и внутреннюю трубку (63), расположенную внутри внешней трубки, причем трубки изогнуты таким образом, что они образуют по существу кольцевой элемент, окружающий сердечник вблизи одного из концов регулировочных средств, при этом одна из трубок может вращаться вместе с регулировочными средствами, а другая трубка заземлена, и указанное устройство дополнительно включает, по меньшей мере, одну винтовую пружину (63), установленную между трубками, причем трубки и пружина выполнены из электропроводящего материала, так что между внутренней трубкой и внешней трубкой поддерживается электрический контакт посредством указанной пружины, когда регулировочное средство вращается и длина регулировочной обмотки, намотанной вокруг сердечника, изменяется, благодаря чему обеспечивается заземление.
31. 31. Устройство по п.30, отличающееся тем, что оно дополнительно включает выходной проводник (68), а внешняя трубка снабжена осевым разрезом (67), проходящим вдоль ее внешней окружности, при этом выходной проводник (68) свободно проходит через разрез, когда одна из трубок вращается вместе с регулировочными средствами.
32. 32. Устройство по п.28 или 29, отличающееся тем, что средства соединения с источником заранее заданного потенциала включают, по меньшей мере, одно в некоторой степени электропроводящее кольцо (28), которое соединено с источником заранее заданного потенциала и располагается у одного из концов барабана, проходя вдоль его окружности, причем кольцо соединено с множеством удлиненных элементов (29), выполненных из проводящего материала и расположенных вдоль оси барабана на его внешней стороне с регулярными промежутками, благодаря чему обмотка (26) помещается на внешнюю сторону удлиненных элементов так, что второй полупроводящий слой находится в контакте с удлиненными элементами и имеет место соединения обмотки с источником зара нее заданного потенциала через регулярные промежутки.
33. 33. Устройство по п.28 или 29, отличающееся тем, что средства соединения с источником заранее заданного потенциала включают, по меньшей мере, одно в некоторой степени электропроводящее первое кольцо (38), соединенное с заранее заданным потенциалом, которое располагается у одного из концов барабана, проходя вдоль его окружности, и множество других колец (40), выполненных из проводящего материала, которые расположены вокруг изолированного проводника (36) обмотки через регулярные промежутки, так что кольца (40) одного витка обмотки находятся в контакте с соответствующими кольцами (40) соседних витков обмотки, образуя, по меньшей мере, одно непрерывное электрическое соединение, проходящее поперек обмотки, которое соединено с источником заранее заданного потенциала у одного из концов обмотки посредством контакта с указанным первым кольцом.
34. 34. Устройство по любому из пп.32 и 33, отличающееся тем, что указанное первое кольцо имеет высокое сопротивление.
35. 35. Устройство по любому из пп. 14-34, отличающееся тем, что барабан регулировочной обмотки состоит, по меньшей мере, из двух частей (7, 8), которые соединены вместе в радиальном направлении для формирования барабана.
36. 36. Трансформатор, включающий магнитопровод и регулировочную обмотку, отличающийся тем, что он включает устройство по любому из пп. 10-35.
37. 37. Трансформатор по п.36, отличающийся тем, что он представляет собой сухой трансформатор.
38. 38. Реактор, включающий магнитопровод и регулировочную обмотку, отличающийся тем, что он включает устройство по любому из пп. 10-35.
39. 39. Реактор по п.38, отличающийся тем, что он представляет собой сухой реактор.