EA002377B1 - Погруженный трансформатор, самозащищенный устройством, включающим автоматический выключатель и плавкие предохранители - Google Patents

Abstract

Электрический трансформатор 1 содержит бак 4, внутри которого находится жидкий или газообразный диэлектрик 5, в который погружены первичная цепь и вторичная цепь и защитное устройство, подключенное к первичной цепи, и содержащее автоматический выключатель 15, управляемый размыкающим средством, и один или несколько плавких предохранителей 11. Плавкие предохранители расположены между вводом 7 бака и автоматическим выключателем 15. Плавкие предохранители 11, автоматический выключатель 15 и размыкающее средство соединены таким образом, что при условиях, соответствующих короткому замыканию на зажимах вторичной цепи, контактные средства автоматического выключателя осуществляют разделение и прерывают ток без начала плавления плавкого предохранителя, и что существует пороговая величина силы тока, протекающего в плавком предохранителе, ниже мощности разрыва соответствующего полюса автоматического выключателя и выше которой имеет место плавление плавкого предохранителя перед тем, как оказалась способной вызвать разделение контактов разделяющая команда, данная контактным средствам размыкающим средством.

Description

Изобретение относится к электрическому трансформатору, обмотки и магнитная цепь которого погружены в диэлектрическую жидкость или газ, содержащийся в баке, и который снабжен защитным устройством, предназначенным для ограничения воздействий внутренней неисправной работы.

В патентной заявке Франции № 2712730 описан трехфазный трансформатор этого типа, погруженный в масляный бак, защитное устройство которого содержит на фазу, по крайней мере, один защитный плавкий предохранитель, расположенный между каждой фазой источника питания и соответствующими первичными обмотками трансформатора, и трехфазный выключатель, расположенный между плавкими предохранителями и соответствующими фазами трансформатора. Размыкание выключателя осуществляется расцепляющим устройством в ответ на сигнал от датчика, чувствительного к изменениям, по крайней мере, одного параметра, представляющего характеристики диэлектрической жидкости. Измеряемыми параметрами являются давление диэлектрической жидкости, которое может служить индикацией локальной неисправной работы внутри трансформаторных цепей, например, точечного повреждения электрической изоляции обмотки, которое могло бы выродиться в горячее место, что проявляет себя только в очень малом сверхтоке источника тока первичной обмотки. Плавкие предохранители предназначены для преуменьшения разрушений внутреннего импеданса трансформатора, наводящего значительное омическое падение напряжения. Для обеспечения оптимальной защиты, по крайней мере, два плавких предохранителя подключают последовательно на каждой фазе со ступенчато расположенными пороговыми величинами размыкания: один из плавких предохранителей имеет очень малую постоянную времени и является чувствительным к очень большим токам, превышающим в 6 раз номинальный ток трансформатора, а другой плавкий предохранитель является чувствительным к перегрузкам, соответствующим токам, превышающим в 3-5 раз номинальный ток, имеющий большую постоянную времени. Устройство конструируется таким образом, что, если оно работает для отключения источника питания от первичных обмоток трансформатора, этот источник питания не может быть повторно установлен без специального демонтажа бака, выполняемого специалистом. Это является причиной того, что выключатель не способен возвращаться в исходное положение и погружается в бак вместе с плавкими предохранителями. Это преднамеренное расположение исходит из представления, что любое расцепление защитного устройства обязательно соответствует внутренней неисправной работе трансформатора, а ни в коем случае не связано с внешними побочными обстоятельствами. Было бы действительно совершенно недопустимо начинать ремонтные работы на исправном трансформаторе вследствие того, что случается внешнее короткое замыкание, в частности на установке нагрузочной стороны. Поэтому должно предусматриваться средство, работающее избирательно в отношении электрических повреждений снаружи трансформатора. Опыт показал, что на практике существует риск нежелательного плавления плавких предохранителей защитного устройства и, в частности, плавких предохранителей, работающих в диапазоне незначительного сверхтока. Кроме того, в случае незначительного сверхтока, немного меньше, чем в три раза превышающего, например, номинальную силу тока трансформатора, погруженные плавкие предохранители, плавящиеся при малом токе, защитного устройства могут вызывать повышения температуры, недопустимые для их ближайшего окружения, однако, без плавления и прерывания тока. Тогда могут возникать серьезные повреждения, которые идут в противоположность цели, ради достижения которой устанавливается плавкий предохранитель. Кроме того, нагревание плавкого предохранителя вызывает его преждевременное старение и, поэтому, повышение со временем риска неисправной работы.

В Европейской патентной заявке № 468299 описан трехфазный трансформатор, погруженный в масло, в котором для каждой фазы присоединено защитное устройство, содержащее последовательно соединенный с обмотками соответствующей первичной фазы однофазный автоматический выключатель, управляемый максимальным выключающим устройством, чувствительным к току, протекающему в автоматическом выключателе, и плавкий предохранитель, номинальная сила тока которого, по крайней мере, в 5 раз больше силы тока номинального фазового тока трансформатора и, предпочтительно, в 10 или 20 раз больше. Такой подбор параметров дает возможность ограничить сферу работы плавких предохранителей короткими замыканиями первичной обмотки трансформатора, при этом другие электрические случайности, включающие сверхтоки первичной обмотки вследствие коротких замыканий на вторичной стороне трансформатора, принимаются во внимание автоматическим выключателем. В то же время присутствие плавких предохранителей дает возможность выбирать имеющий низкие рабочие характеристики и поэтому дешевый автоматический выключатель, особенно имеющий сравнительно низкую разрывную мощность.

Однако это устройство расположено снаружи трансформатора. Это приводит к большим общим размерам и сложности сборки на месте.

В частности, должно поддерживаться большое обходное расстояние в воздухе между соединениями линейной стороны и нагрузочной сторо3 ны автоматического выключателя вследствие очень сильных токов, которые должны протекать через автоматический выключатель в случае короткого замыкания в первичной обмотке. Большое количество соединений снаружи бака с трансформатором, с изоляцией которых трудно справляться, приводит к дополнительному риску возникновения повреждения.

Эта проблема дополнительно заостряется из-за того, что устройство не является активным относительно коротких замыканий линейной стороны плавкого предохранителя, в частности, тех, которые порождаются электрическим соединением между автоматическим выключателем и плавким предохранителем. В действительности, плавкий предохранитель подключен последовательно между автоматическим выключателем и трансформатором и датчик тока, управляющий размыканием автоматического выключателя, расположен на нагрузочной стороне от плавкого предохранителя. Поэтому, ток поврежденной линии в случае короткого замыкания между автоматическим выключателем и плавким предохранителем течет через автоматический выключатель, имея силу, превышающую его разрывную мощность, так что автоматический выключатель не способен разорвать цепь. В таком случае короткое замыкание ведет к разрыву на уровне узла линейной стороны энергетической системы, к вреду общей эксплуатационной готовности.

Кроме того, устройство не обеспечивает одновременное размыкание трех автоматических выключателей, каждый из которых связан с фазой первичной обмотки трансформатора. Поэтому при определенных условиях может иметь место частичное размыкание вследствие короткого замыкания, оставляя ток утечки в неразомкнутой фазе, сила тока которого ниже силы тока размыкания автоматического выключателя или который приводит к большой задержке в размыкании со всеми вредными последствиями для первичной цепи (рискам взрыва) и/или для всей установки (не избирательности в отношении питающей подстанции).

В патенте США № 323871 описано защитное устройство электрической цепи, специально не предназначенное для защиты трансформатора и содержащее автоматический выключатель и плавкие предохранители, при этом вся система погружена в бак, заполненный маслом. Автоматический выключатель предназначен для прерывания малых токов поврежденной линии, в то время как плавкие предохранители предназначены для прерывания больших токов поврежденной линии. В однофазном варианте автоматический выключатель содержит вакуумный патрон с неподвижным контактным средством и подвижным контактным средством, поступательно движущимся в цилиндрическом корпусе патрона. Подвижное контактное средство содержит стержень, кинематически связанный с размыкающим и замыкающим механизмом с размыкающей пружиной. Этот механизм содержит рычаг управления, дающий возможность осуществлять ручное размыкание и замыкание через бак. Он также содержит размыкающий стопор в виде кулачка, который упруго прижат к положению покоя. И-образное выключающее устройство с биметаллической пластиной работает вместе с кулачком и удерживает его в активном положении, где он блокирует механизм в замкнутом положении. Ток, текущий через патрон, протекает через биметаллическую пластину. В случае возникновения тока повреждения она изгибается и освобождает кулачок, который, в свою очередь, освобождает размыкающий храповой механизм, действующий на размыкающую пружину и вызывающий размыкание механизма. Трехфазный автоматический выключатель получается путем наложения трех вышеописанных однофазных автоматических выключателей. Однофазные размыкающие и замыкающие механизмы механически соединены друг с другом, с одной стороны, на уровне размыкающих храповиков и, с другой стороны, на уровне рычагов управления для формирования одного механизма, дающего возможность осуществлять одновременное или почти одновременное размыкание и замыкание трех полюсов автоматического выключателя как при электрическом повреждении, так и путем ручной операции управления. В этих условиях биметаллическая пластина каждой фазы последовательно соединяется между вводом и соответствующим вакуумным патроном, и фазовый ток течет через биметаллическую пластину. Поэтому само присутствие биметаллической пластины вносит дополнительный риск электрического повреждения, так как она представляет собой незащищенный подвижный проводник, непосредственно погруженный в масло. Кроме того, биметаллическая пластина из конструкторских соображений размещена непосредственно в верхней или нижней линии от автоматического выключателя, которым она управляет. Поэтому не могут приниматься во внимание короткие замыкания на уровне вводов или между вводом и автоматическим выключателем.

Поэтому в основу настоящего изобретения положена задача устранения недостатков известных устройств и, в частности, получение при низкой стоимости и в объеме обычного бака с погруженным трансформатором интегрированной защиты с высокой степенью безопасности, которая является активной для малых сверхтоков, в то время, как предотвращаются риски вредного плавления, встречающегося в плавких предохранительных устройствах.

В общем, задачей настоящего изобретения является разработка дешевого и занимающего малый объем трансформатора с надежным в работе интегрированным защитным устройством, которое способно иметь дело как с внут5 ренними повреждениями, так и с повреждениями на вторичных зажимах. Следует напомнить, что требование безопасности работы системы подразумевает, что одновременно должно быть принято во внимание следующее: безопасность системы, т.е. способность предотвращения катастрофического события; ее надежность, т.е. способность безотказной работы в течение заданного промежутка времени; его эксплуатационная готовность, т. е. возможность работы в данный момент, которая сама зависит от надежности и ремонтопригодности системы, которая является ее возможностью ремонта в течение заданного промежутка времени. В частном случае требование безопасности подразумевает, что все внутренние повреждения трансформатора, которые склонны привести к взрыву бака, вызывают отсоединение трансформатора от цепи. Требование надежности, в частности, подразумевает, что само по себе присутствие защитного устройства не вносит никакого дополнительного риска отказа. Требования эксплуатационной готовности и ремонтопригодности подразумевают хорошую избирательность в том, чтобы иметь дело с внутренними повреждениями, требующими проведения крупной ремонтной операции на трансформаторе, и в том, чтобы иметь дело с повреждениями на вторичной цепи снаружи трансформатора, для которых ремонтные операции должны быть уменьшены до минимума.

Согласно первой особенности изобретения эти задачи решаются посредством трехфазного электрического трансформатора, содержащего бак, содержащий жидкий или газообразный диэлектрик, трехфазную первичную цепь и трехфазную вторичную цепь, обе содержащие обмотки, погруженные в диэлектрик, при этом каждая фаза первичной цепи входит в бак через изолирующий ввод, защитное устройство, содержащее по крайней мере, два плавких предохранителя, погруженные в диэлектрик, причем каждый плавкий предохранитель подключен последовательно на фазе первичной цепи трансформатора между изолирующим вводом и обмотками первичной цепи и имеет достаточную разрывную мощность для осуществления размыкания соответствующей фазы в случае трехфазного короткого замыкания первичной цепи, многополюсный автоматический выключатель, содержащий для каждой фазы, снабженной одним из плавких предохранителей, полюс, погруженный в диэлектрик и подключенный последовательно на упомянутой фазе между соответствующим плавким предохранителем и обмотками, при этом каждый полюс содержит контактные средства, способные занять друг относительно друга контактное положение, в котором они обеспечивают протекание тока, и разделяющее положение, при этом автоматиче ский выключатель, кроме того, содержит размыкающий механизм, общий для всех полюсов, предназначенный для перемещения контактных средств от их контактного положения к их разделяющему положению, размыкающее средство, соединенное с размыкающим механизмом автоматического выключателя и содержащее максимальное выключающее устройство, причем плавкие предохранители, автоматический выключатель и размыкающее средство соединены таким образом, что при условиях, соответствующих короткому замыканию на зажимах вторичной цепи, контактные средства автоматического выключателя разделяются и прерывают ток, не дожидаясь начала плавления плавких предохранителей, и что существует пороговая величина силы тока, текущего в каждом плавком предохранителе, которая ниже разрывной мощности соответствующего полюса автоматического выключателя и выше пороговой величины имеет место плавление плавкого предохранителя перед тем, как была способна вызвать разделение контактов разделяющая команда, данная контактным средствам максимальным выключающим устройством.

Согласно другой особенности изобретения эти задачи достигаются посредством однофазного электрического трансформатора, содержащего бак, содержащий жидкий или газообразный диэлектрик, первичную цепь и вторичную цепь, которые содержат одну или несколько обмоток, погруженных в диэлектрик, причем фаза первичной цепи входит в бак через изолирующий ввод, защитное устройство, содержащее по крайней мере, один плавкий предохранитель, погруженный в диэлектрик, последовательно подсоединенный на фазе первичной цепи трансформатора между изолирующим вводом и обмоткой или обмотками первичной цепи и имеющий достаточную разрывную мощность для осуществления размыкания соответствующей фазы в случае короткого замыкания первичной цепи, автоматический выключатель, содержащий полюс, погруженный в диэлектрик, последовательно подключенный между плавким предохранителем и обмотками и содержащий контактные средства, способные занять друг относительно друга контактное положение, в котором они обеспечивают протекание тока, и разделяющее положение, при этом автоматический выключатель, кроме того, содержит размыкающий механизм, предназначенный для перемещения контактных средств от контактного положения к разделяющему положению, размыкающее средство, соединенное с размыкающим механизмом автоматического выключателя и содержащее максимальное выключающее устройство, причем плавкий предохранитель, автоматический выключатель и размыкающее средство соединены таким образом, что при условиях, соответствующих короткому замыканию на зажимах вторичной цепи, контактные средства автоматического выключателя разделяются и прерывают ток, не дожидаясь начала плавления плавкого предохранителя, и что существует пороговая величина силы тока, текущего в плавком предохранителе, которая ниже разрывной мощности соответствующего полюса автоматического выключателя, и выше пороговой величины имеет место плавление плавкого предохранителя перед тем, как стала способна вызвать разделение контактов разделяющая команда, данная контактным средствам максимальным выключающим устройством.

Нижеприведенные усовершенствования, сосредоточенные особенно на трехфазном агрегате, также применимы к однофазному трансформатору, если не указано особо.

Присутствие автоматического выключателя в защитном устройстве дает возможность ограничить коэффициент неготовности в случае короткого замыкания во вторичной цепи. После ликвидации короткого замыкания автоматический выключатель просто должен быть повторно замкнут, выполняя простую операцию на месте, и может даже выполняться дистанционно, если автоматический выключатель снабжен органом дистанционного управления электрическим замыканием. Размыкание всех полюсов автоматического выключателя осуществляется одновременно, при этом избегается какой-либо риск частичного размыкания трансформатора, т. е. размыкания недостаточного количества фаз, оставляя замкнутой одну из петель тока первичной цепи.

Вследствие того, что полюса автоматического выключателя и плавкие предохранители погружены в бак автоматического выключателя, может предлагаться блок заводской сборки, для которого уменьшаются работы по установке на месте, что значительно снижает риски повреждения, вызываемые защитным устройством. Расположение плавких предохранителей на линейной стороне автоматического выключателя дает возможность преодолевать риски внесения электрического повреждения из-за присутствия автоматического выключателя.

Погружение размыкающего механизма обеспечивает антикоррозийную защиту и смазку, которые являются благоприятными с точки зрения старения. Тем самым повышается общая надежность устройства.

Могут устанавливаться полюса очень малых размеров, с одой стороны, вследствие низких размыкающих характеристик, требуемых от автоматического выключателя и, с другой стороны, вследствие погружения в диэлектрик, что делает возможным уменьшение обходного расстояния автоматического выключателя, т. е. рас стояния между его соединениями линейной стороны и нагрузочной стороны.

Специально касаясь трехфазного трансформатора, следует заметить, что плавкий предохранитель и полюс автоматического выключателя могут идеально устанавливаться на каждой фазе, но что могут также снабжаться плавким предохранителем и автоматическим выключателем только две из трех фаз, что является достаточным для прерывания тока во всей первичной цепи и, кроме того, дает возможность снизить стоимость при условии, что допускается потеря избирательности в отношении линейной стороны защитного средства источника питания трансформатора в случае замыкания на «землю».

Полезно, если максимальное выключающее устройство содержит, по крайней мере, одно средство для измерения силы тока, протекающего в фазе первичной цепи трансформатора. На практике датчиком является трансформатор тока. Такое устройство гарантирует, что короткое замыкание в баке между фазой и землей в точке, расположенной между плавким предохранителем и соответствующим полюсом автоматического выключателя, которое вызывает плавление плавкого предохранителя, обнаруживается размыкающим средством с тем, чтобы достичь общего отделения трансформатора. В частности, полезно для измерительного средства измерять ток, протекающий в точке, расположенной на линейной стороне от плавкого предохранителя, предпочтительно снаружи бака, линейной стороне от ввода. Таким образом, гарантируется, что все повреждения внутри бака, включая повреждения на уровне ввода или его соединения с плавким предохранителем должны обнаруживаться датчиком и вызывать размыкание автоматического выключателя. Для предотвращения случаев размыкания для повреждений снаружи бака необходимо выбирать точку измерения как можно ближе к вводу. В частности, выгодным выбором является расположение тороида трансформатора тока на части ввода, внешней для бака или в его ближайшей окрестности.

Согласно выгодному воплощению плавкий предохранитель или плавкие предохранители имеют удлиненную форму с двумя проводящими концами, предназначенными для их соединения линейной стороны на стороне ввода и соединения нагрузочной стороны на стороне автоматического выключателя, расположенные с каждой стороны средней части, внешняя поверхность которой изолирована, и для каждой фазы, снабженной плавким предохранителем, соединительные части, расположенные между изолирующим вводом и изолированной внешней поверхностью средней части плавкого предохранителя заключены в твердый изолятор. Электрическое соединение между вводом и плавким предохранителем является в действи тельности единственной точкой установки, не защищенной комбинацией плавкого предохранителя и автоматического выключателя. Поэтому она является уязвимой точкой, когда речь идет о безопасности установки. Тем самым твердая изоляция обеспечивает хорошую гарантию отсутствия коротких замыканий. Альтернативно и предпочтительно, плавкий предохранитель или плавкие предохранители имеют удлиненную форму с двумя проводящими концами, предназначенными для их соединения линейной стороны на стороне ввода и соединения нагрузочной стороны на стороне автоматического выключателя, расположенные с каждой стороны средней части, внешняя поверхность которой сформирована изолятором, и для каждой фазы, снабженной плавким предохранителем, плавкий предохранитель составляет моноблочный подузел с вводом, и внешняя поверхность этого подузла в части, внутренней по отношению к баку, содержащему ввод, проводящий конец линейной стороны, и средняя часть плавкого предохранителя сформированы одним или несколькими твердыми изоляторами, образующими непрерывную твердую изоляцию. Тогда устраняется любой риск короткого замыкания внутри баковой линейной стороны плавкого предохранителя и поэтому любой риск короткого замыкания, ведущего к взрыву бака.

Для усиления защиты от внутренних коротких замыканий полезно предусмотреть, чтобы размыкающее средство дополнительно содержало выключающее устройство, дающее команду на размыкание автоматического выключателя, когда, по крайней мере, один параметр, представляющий состояние упомянутого диэлектрика, превышает установленную пороговую величину. На практике доступными являются различные физические параметры состояния диэлектрика: давление жидкости, ее температура, уровень жидкости в баке, а также присутствие в баке газа, что дает возможность между прочим определить пробой газообразного диэлектрика, или твердого изолятора, например, дугой малой мощности между витками на одной из обмоток трансформатора. Также полезным является обеспечение размыкания автоматического выключателя согласно определенным характеристикам вторичной цепи (ток во вторичной обмотке) или первичной цепи (плавление одного или нескольких плавких предохранителей).

Можно также предусмотреть в качестве альтернативы или в дополнение к датчику тока на первичной обмотке трансформатора, чтобы максимальное выключающее устройство содержало, по крайней мере, одно измерительное средство для измерения силы тока, протекающего в фазе вторичной цепи трансформатора. Вследствие потенциального насыщения магнитной цепи трансформатора не всегда является удовлетворительным получение информации о размыкании автоматического выключателя от первичной цепи. На практике можно сделать несколько ответвлений вторичной цепи датчика тока, предпочтительно в каждой из фаз и нейтрали, если она имеется. Кроме того, согласно одному воплощению в дифференциальном защитном устройстве трансформатора соединены два средства измерения тока. Устройство такого типа описано, например, в патентной заявке Франции № 214771, включенной в это место описания отсылочно.

Предпочтительно плавкий предохранитель или плавкие предохранители, автоматический выключатель и размыкающее средство соединены таким образом, что, если плавкий предохранитель или один из плавких предохранителей плавится, размыкающее средство дает разделяющую команду контактным средствам. Имеется диапазон величин силы тока, т. е. величин, превышающих пороговую величину силы тока, выше которой плавкий предохранитель полностью плавится перед тем, как была способна разделяющая команда, данная контактным средствам размыкающим средством, вызвать разделение контактов полюсов, для которых разделение контактов автоматического выключателя имеет место после расплавления, по крайней мере, одного из плавких предохранителей. Имеется также диапазон величин силы фазового тока первичной цепи, т.е. величин, находящихся в промежутке между величиной, соответствующей короткому замыканию во вторичной цепи и предварительно определенной пороговой величиной, для которых неважным является порядок, в котором имеет место плавление плавкого предохранителя или плавких предохранителей и разделение контактов. В этом диапазоне ток повреждения, в действительности, ниже разрывной мощности автоматического выключателя и даже более того, ниже разрывной мощности плавких предохранителей.

Предпочтительно плавкий предохранитель или плавкие предохранители являются ограничивающими. Таким образом, гарантируется, что ток, протекающий в первичной цепи в течение плавления плавких предохранителей, остается на допустимом уровне.

В частности, полезно, если каждый полюс автоматического выключателя содержит вакуумный патрон, погруженный в диэлектрик. Изза присутствия плавких предохранителей, осуществляющих защиту в случае большой силы тока короткого замыкания, можно использовать вакуумные патроны, имеющие низкие рабочие характеристики, очень малых размеров. Малое обходное расстояние вакуумного патрона, т. е. короткое расстояние между соединениями линейной стороны и нагрузочной стороны патрона тогда не вызовет какой-либо дополнительной проблемы, так как соединения погружены в масло, которое обеспечивает надежную электрическую изоляцию. Поэтому вакуумный па трон обеспечивает очень благоприятный компромисс в плане размера, работы и стоимости.

Предпочтительно автоматический выключатель содержит замыкающий механизм, предназначенный для перемещения контактных средств из их разделяющего положения в их контактное положение, содержащий управляющее средство, доступное снаружи бака, размыкающий механизм, предназначенный для размыкания полюса или полюсов автоматического выключателя, независимо от того, в каком бы состоянии ни находился замыкающий механизм. Тогда можно, если бы произошло размыкание вследствие причины, внешней для трансформатора, вводить трансформатор обратно в действие без открывания бака. Тот факт, что размыкание имеет приоритет, предотвращает какое-либо повреждение трансформатора, если бы короткое замыкание продолжало существовать, когда имеет место замыкание.

Другие преимущества и особенности изобретения станут более очевидными из следующего описания различных воплощений изобретения, данных только в качестве неограничивающих примеров и представленных на прилагаемых чертежах, на которых фиг. 1 изображает схему соединений трансформатора согласно первому воплощению изобретения;

фиг. 2 - поперечное сечение устройства, соответствующего первому воплощению изобретения;

фиг. 3 - поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной плоскости фиг. 1;

фиг. 4 - диаграмму, где представлены кривые зависимости тока и времени;

фиг. 5 схематично изображает элементы трансформатора согласно второму воплощению изобретения;

фиг. 6 изображает схему соединений третьего воплощения изобретения;

фиг. 7 схематично изображает элементы трансформатора согласно четвертому воплощению изобретения.

Ссылаясь на фиг. 1-3, трехфазный трансформатор 1, преобразующий среднее напряжение в низкое, содержит первичные обмотки 2 и вторичные обмотки 3, погруженные в бак 4, содержащий диэлектрическую жидкость 5, на практике масло. Каждая фаза первичной цепи трансформатора входит в бак 4 через многофункциональную часть 6, содержащую ввод среднего напряжения 7.

Многофункциональная часть 6 содержит в своей части, внешней по отношению к баку 4 специальную вставку 8 и в своей части, внутренней по отношению к баку элемент зацепления 9 головки 10 плавкого предохранителя 11. Плавкий предохранитель 11 является обычным ограничивающим плавким предохранителем со средней частью, формирующей корпус 12, внешняя стенка которого является цилиндриче ской и изолирующей, и двумя металлическими концами - головкой 10 и основанием 13. Элемент зацепления 9 содержит трубчатую внешнюю стенку, изготовленную из электроизоляционного эластомерного материала, чей нижний конец взаимодействует с корпусом 12 плавкого предохранителя 11 так, чтобы достигалась непроницаемость между головкой 10 предохранителя и маслом 5. Верхний конец этой трубчатой стенки достигает непроницаемости со вставкой

8. Тем самым многофункциональная часть 6 составляет с установленным плавким предохранителем 11 моноблочный узел, внешние стенки которого формируют непрерывную твердую изоляцию между вводом 7 и корпусом 12 плавкого предохранителя 11. Таким образом, гарантируется, что электрическое повреждение, случающееся на линейной стороне плавкого предохранителя 11, в действительности, является внешним по отношению к баку 4 и, следовательно, не приводит к какому-либо риску взрыва бака.

Другой конец плавкого предохранителя 11 подсоединен к соединительной ленте 14 модуля автоматического выключателя 15 посредством электрического соединения, содержащего покрытый оболочкой электрический проводник.

Модуль автоматического выключателя 15 содержит для каждой фазы вакуумный патрон 17 обычной конструкции с корпусом, формирующим цилиндрическую камеру, содержащую неподвижное контактное средство 19 и подвижное контактное средство 20, направляемое в осевом направлении в патроне и удлиненное управляющим стержнем 21. Патрон такого типа описан, например, в патенте США № 4323871, описание которого включено в данное описание в качестве ссылки. Размыкающий и замыкающий механизм 22 автоматического выключателя такого типа описан в патенте США № 4323871, описание которого включено сюда в качестве ссылки. Этот механизм 22 оборудуется рычагом управления 23, доступным снаружи бака 4, который дает возможность осуществлять ручное размыкание и замыкание.

Зажим 24 нагрузочной стороны модуля автоматического выключателя 15 присоединен к первичной обмотке 2 трансформатора 1 посредством переключателя ответвлений 25. Переключатель ответвлений такого типа описан, например, в патенте США № 4504811, описание которого включено в данное описание в качестве ссылки. Он имеет неподвижную соединительную ленту, обеспечивающую отклонения к различным точкам первичных обмоток, и подвижную ленту, поддерживающую места присоединения к зажимам нагрузочной стороны автоматического выключателя. Перемещение подвижной ленты дает возможность одновременного для каждой фазы первичной обмотки избирательного присоединения зажима нагрузочной стороны автоматического выключателя к одной из точек отклонения к соответствующей первичной обмотке.

Бак 4 является воздухонепроницаемым или почти воздухонепроницаемым (последний термин относится к случаю баков, содержащих, например, трубу сушки воздухом малых размеров) и уровень масла является таким, что элемент зацепления 9, плавкие предохранители 11 и вакуумные патроны 17, а также подвижные части механизма 22 автоматического выключателя 15 кроме рычага управления 23 являются погруженными в него.

Около ввода для среднего напряжения 7 снаружи бака 4 расположен тороид 26 измерительного трансформатора 27, осуществляющего измерение силы тока, протекающего через ввод. Максимальное выключающее устройство 28 принимает сигнал и управляет размыкающим и замыкающим механизмом 22 модуля автоматического выключателя 15.

Работа устройства может быть видна на диаграмме фиг. 4, где представлены кривые зависимости тока и времени. На этой диаграмме по оси X откладывается сила фазового тока, а по оси Υ - время. Представлены кривая размыкания автоматического выключателя 40 и кривая плавления 41 плавкого предохранителя соответствующей фазы.

Что касается номинального тока 1_Ν автоматический выключатель допускает перегрузку 1₈ без размыкания. Кривая размыкания 40 автоматического выключателя отклоняется от 1₃ так, что при пороговой величине 1_ссвт, соответствующей силе тока, протекающего в фазе первичной обмотки, когда происходит трехфазное короткое замыкание на вторичной обмотке трансформатора, автоматический выключатель имеет короткое время размыкания, составляющее в этом примере 0,1 с. Кривая плавления плавкого предохранителя 41 проходит в этой зоне значительно выше кривой размыкания автоматического выключателя, так как плавление должно было бы иметь место только после протекания тока в течение 3 с. На практике это выражается в том, что в случае короткого замыкания на вторичной обмотке трансформатора максимальное реле автоматического выключателя дает ему команду прервать ток в первичной обмотке трансформатора перед тем, как плавкие предохранители успеют значительно нагреться.

За пороговой величиной 1_ссвт находится пороговая величина 1_В ниже, чем разрывная мощность автоматического выключателя, при которой кривая размыкания 40 автоматического выключателя и кривая плавления 41 плавкого предохранителя пересекаются. Это означает, что, если короткое замыкание на первичной цепи трансформатора 1 приводит к току с силой, превышающей 1_В, по крайней мере, на одной фазе, плавление плавкого предохранителя или плавких предохранителей 11, выставленных к этому току, должно быть завершено перед тем, как автоматическому выключателю 15 будет передана размыкающая команда выключающим устройством 28. Однако один из датчиков тока 27 будет обнаруживать протекание тока короткого замыкания и впоследствии выключающее устройство 28 будет вызывать размыкание автематического выключателя 15. Это устройство гарантирует, что вся первичная цепь изолирована, даже если короткое замыкание вызвало плавление только одного плавкого предохранителя 11.

Предусматриваются другие режимы размыкания автоматического выключателя. В частности, обеспечиваются один или несколько датчиков данных 29, представляющих состояние диэлектрика, подключенные к размыкающему устройству 30. В настоящем случае жидкого диэлектрика эти данные включают, например, результаты измерений уровня жидкости, ее температуры, давления или присутствия газа в баке.

Согласно второму воплощению изобретения, представленному на фиг. 5, моноблочный многофункциональный подузел 50 содержит соединительную часть среднего напряжения 51, гибкое электрическое соединение 52, ввод 53 и элемент крепления головки плавкого предохранителя 54. Гибкое соединение 52 содержит сердечник 55, включающий металлическую оплетку или тонкий кабель. Подузел содержит отлитую в форме оболочку 56, изготовленную из изоляционного эластомерного материала. Предусмотрен фланец 57 для прикрепления к баку

4. Таким образом, получается непрерывная электрическая изоляция между средней частью плавкого предохранителя 11 и соединительной частью 51 среднего напряжения, находящейся снаружи бака. Это устройство имеет дополнительное преимущество относительно предыдущего из-за устранения соединительной части с распределительным устройством среднего напряжения на стороне источника питания.

Те же самые принципы применимы к однофазному устройству, как показано на фиг. 6, представляющей схему соединений третьего воплощения изобретения. В таком случае достаточно иметь один датчик тока для осуществления управления автоматическим выключателем.

Четвертое воплощение изобретения, иллюстрируемое на фиг. 7, отличается от первого воплощения в основном конструкцией ввода и соединением линейной стороны плавкого предохранителя каждой фазы. Ввод присоединен к головному соединению ограничивающего плавкого предохранителя 8 посредством соединения 58, сформированного покрытого оболочкой проводником. Однако это устройство с более низкими рабочими характеристиками также является более дешевым, так как уменьшается количество специальных частей.

Вышеописанные примеры воплощений были взяты в области трансформаторов, преобразующих среднее напряжение в низкое напря жение. Однако изобретение также применимо к другим типам трансформаторов, в частности, к трансформаторам источника среднего напряжения. Первичная обмотка трансформатора может быть соединенной треугольником или звездой. В последнем случае может быть полезным установка датчика тока на нейтральном вводе для управления устройством для предотвращения перегрузки.

Кроме того, можно представить себе другие типы автоматических выключателей, отличные от вакуумных автоматических выключателей. Изобретение может также применяться в случае использования газообразного диэлектрика, в частности марки 8Р6.

Claims (12)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Трехфазный электрический трансформатор (1), содержащий бак (4), заполненный жидким или газообразным диэлектриком (5), трехфазную первичную цепь и трехфазную вторичную цепь, обе из которых содержат обмотки (2, 3), погруженные в диэлектрик, при этом каждая фаза первичной обмотки входит в бак (4) через изолирующий ввод (7), защитное устройство, имеющее по меньшей мере, два плавких предохранителя (11), погруженные в диэлектрик (5), при этом каждый плавкий предохранитель подключен последовательно на фазе первичной цепи трансформатора (1) между изолирующим вводом (7) и обмотками (2) первичной цепи и служит для осуществления размыкания соответствующей фазы в случае трехфазного короткого замыкания первичной цепи, многополюсный автоматический выключатель (15), имеющий для каждой фазы, снабженной одним из плавких предохранителей (11), полюс, погруженный в диэлектрик (5) и подключенный последовательно на упомянутой фазе между соответствующим плавким предохранителем (11) и обмотками (2), при этом каждый полюс содержит контактные средства (19, 20), способные занимать друг относительно друга контактное положение, в котором они обеспечивают протекание тока, и разделяющее положение, при этом автоматический выключатель (15), кроме того, имеет размыкающий механизм (22), общий для всех полюсов, предназначенный для перемещения контактных средств (19, 20) от контактного положения к разделяющему положению, первое размыкающее средство (28), соединенное с размыкающим механизмом (22) автоматического выключателя (15) и содержащее, по меньшей мере, один датчик (27) тока, причем плавкие предохранители (11), автоматический выключатель (15) и первое размыкающее средство (28) выполнены таким образом, что обеспечивается возможность при условиях, соответ ствующих короткому замыканию на зажимах вторичной цепи, контактными средствами (19, 20) автоматического выключателя (15) осуществить прерывание тока без разрушения плавких предохранителей (11), при этом пороговая величина силы тока плавких предохранителей ниже величины, ограничивающей разрывную мощность соответствующих полюсов автоматического выключателя, причем при токах, превышающих величину, ограничивающую разрывную мощность, имеет место разрушение плавкого предохранителя (11) до появления возможности разделения контактных средств (19, 20).
2. 2. Однофазный электрический трансформатор (1), содержащий бак (4), заполненный жидким или газообразным диэлектриком (5), первичную цепь и вторичную цепь, которые содержат одну или несколько обмоток (2, 3), погруженных в диэлектрик (5), причем фаза первичной цепи входит в бак (4) через изолирующий ввод (7), защитное устройство, имеющее по меньшей мере, один плавкий предохранитель (11), погруженный в диэлектрик (5), последовательно подсоединенный на фазе первичной цепи трансформатора (1) между изолирующим вводом (7) и обмоткой или обмотками первичной цепи (2) и служит для осуществления размыкания соответствующей фазы в случае короткого замыкания первичной цепи, автоматический выключатель (15), имеющий полюс, погруженный в диэлектрик (5), последовательно подключенный между плавким предохранителем (11) и обмотками (2) первичной цепи и содержащий контактное средство (19, 20), способное занимать друг относительно друга контактное положение, в котором они обеспечивают протекание тока, и разделяющее положение, при этом автоматический выключатель (15), кроме того, имеет размыкающий механизм (22), предназначенный для перемещения контактных средств (19, 20) от контактного положения к разделяющему положению, первое размыкающее средство (28), соединенное с размыкающим механизмом (22) автоматического выключателя (15) и соединенное, по меньшей мере, с датчиком (27) тока, причем плавкие предохранители (11), автоматический выключатель и первое размыкающее средство (28) выполнены таким образом, что обеспечивается возможность при условиях, соответствующих короткому замыканию на зажимах вторичной цепи, контактному средству (19, 20) автоматического выключателя (15) осуществить прерывание тока без разрушения плавких предохранителей (11), при этом пороговая величина силы тока плавких предохранителей ниже величины, ограничивающей разрывную мощность соответствующего полюса автоматического выключателя (15), причем при токах, превышающих величину, ограничивающую разрывную мощность, имеет место разрушение плавкого предохранителя (11) до появления возможности разделения контактных средств (19, 20).
3. 3. Трансформатор по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что датчик (27) тока выполнен с возможностью измерения силы тока, протекающего в фазе первичной цепи трансформатора (1).
4. 4. Трансформатор по п.3, отличающийся тем, что датчик (27) тока выполнен с возможностью измерения силы тока, протекающего в точке, расположенной на линейной стороне от плавкого предохранителя или плавких предохранителей (11), в частности, снаружи бака (4) на линейной стороне ввода (7).
5. 5. Трансформатор по любому одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что плавкий предохранитель или плавкие предохранители (11) имеют удлиненную форму с двумя проводящими концами (10, 13), предназначенными для их соединения линейной стороны на стороне ввода (7) и соединения нагрузочной стороны на стороне автоматического выключателя (15), расположенные с каждой стороны средней части (12), внешняя поверхность которой изолирована и для каждой фазы, снабженной плавким предохранителем (11), соединительные части, расположенные между изолирующим вводом (7) и изолированной внешней поверхностью средней части (12) плавкого предохранителя, заключены в твердый изолятор.
6. 6. Трансформатор по любому одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что плавкий предохранитель или плавкие предохранители (11) имеют удлиненную форму с двумя проводящими концами (10, 13), предназначенными для их соединения линейной стороны на стороне ввода (7) и соединения нагрузочной стороны на стороне автоматического выключателя (15), расположенные с каждой стороны средней части (12), внешняя поверхность которой сформирована изолятором, и что для каждой фазы, снабженной плавким предохранителем (11), плавкий предохранитель (11) составляет моноблочный подузел с вводом (7) и что внешняя поверхность этого подузла в части, внутренней по отношению к баку (4), содержащему ввод (7), проводящий конец (10) линейной стороны и средняя часть (12) плавкого предохранителя (11) сформированы одним или несколькими твердыми изоляторами, образующими непрерывную твердую изоляцию.
7. 7. Трансформатор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что содержит второе размыкающее средство (30), выполненное с возможностью подачи команды на размыкание автоматического выключателя, когда, по крайней мере, один параметр, представляющий состояние упомянутого диэлектрика, превышает установленную пороговую величину.
8. 8. Трансформатор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что датчик (27) тока выполнен с возможностью измерения силы тока, протекающего в фазе вторичной цепи трансформатора.
9. 9. Трансформатор по любому одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что плавкий предохранитель или плавкие предохранители (11), автоматический выключатель (15) и первое размыкающее средство (28) выполнены таким образом, что, если плавкий предохранитель или один из плавких предохранителей плавится, первое размыкающее средство (28) дает разделяющую команду контактным средствам.
10. 10. Трансформатор по любому одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что плавкий предохранитель или плавкие предохранители (11) являются ограничивающими.
11. 11. Трансформатор по любому одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что каждый полюс автоматического выключателя содержит вакуумный патрон (17), погруженный в диэлектрик (5).
12. 12. Трансформатор по любому одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что автоматический выключатель (15) содержит замыкающий механизм (22), предназначенный для перемещения контактных средств (19, 20) из их разделяющего положения в их контактное положение, содержащий управляющее средство (23), доступное снаружи бака (4), размыкающий механизм (22), предназначенный для того, чтобы вызывать размыкание полюса или полюсов автоматического выключателя независимо от состояния замыкающего механизма (22).