RU2025807C1

RU2025807C1 - High-potential transformer

Info

Publication number: RU2025807C1
Authority: RU
Inventors: Игорь Алексеевич Криштафович; Анатолий Николаевич Титов; Алексей Николаевич Литвиненко; Арнольд Яковлевич Кузьменко
Original assignee: Игорь Алексеевич Криштафович; Анатолий Николаевич Титов; Алексей Николаевич Литвиненко; Арнольд Яковлевич Кузьменко
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: high-potential transformer has magnetic core 1, primary winding 2, secondary windings 3 to which one of high-potential taps 4 fabricated in the form of pipe is made fast. Other high-potential taps 5 produced from low-voltage wires are laid inside pipe. EFFECT: enhanced reliability of small-sized multichannel high-voltage sources. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике высоких напряжений и может быть использовано для создания надежных, малогабаритных и многоканальных источников высокого напряжения. The invention relates to high voltage technology and can be used to create reliable, small-sized and multi-channel high voltage sources.

Известны устройства, выполненные в виде трансформатора, в состав которого входят магнитопровод, первичные и вторичные обмотки, выпрямительные устройства, высоковольтный кабель, причем вторичные обмотки, выпрямительные устройства и часть высоковольтного кабеля имеют общую электрическую изоляцию из твердого диэлектрика [1], [2]. Known devices made in the form of a transformer, which includes a magnetic circuit, primary and secondary windings, rectifier devices, high voltage cable, and the secondary windings, rectifier devices and part of the high voltage cable have a common electrical insulation made of solid dielectric [1], [2].

Недостатками данных устройств являются повышенные габариты и низкая электрическая прочность. The disadvantages of these devices are increased dimensions and low dielectric strength.

Известны другие высоковольтные устройства, например малоемкостный высокопотенциальный трансформатор, содержащий магнитопровод, первичную и вторичные обмотки, низковольтные и высоковольтные выводы в виде шпилек, основание, причем первичная и вторичные обмотки соединены между собой перемычками из эпоксидного компауда, образованными одновременно с заливкой этих обмоток [3]. Other high-voltage devices are known, for example, a low-capacitance high-potential transformer containing a magnetic circuit, primary and secondary windings, low-voltage and high-voltage leads in the form of studs, a base, and the primary and secondary windings are interconnected by jumpers from an epoxy compound formed simultaneously with the filling of these windings [3] .

Недостатками устройств являются невысокая технологичность, вызванная сложностью контроля зазора между первичной и вторичными обмотками в заливочной форме, необходимость в дополнительных элементах конструкции для фиксированного расположения высоковольтных выводов, неремонтопригодность первичной обмотки, а также плохие условия ее охлаждения. The disadvantages of the devices are the low manufacturability caused by the complexity of controlling the gap between the primary and secondary windings in the casting form, the need for additional structural elements for a fixed arrangement of high-voltage leads, the non-repairability of the primary winding, as well as poor cooling conditions.

Наиболее близким к изобретению является высокопотенциальный трансформатор серии ТП1 [4], содержащий магнитопровод, первичную обмотку, намотанную на каркасе, вторичные обмотки, находящиеся под одним высоким потенциалом, низковольтные и высокопотенциальные выводы. Первичная и вторичная обмотки заключены в твердую эпоксидную изоляцию, высокопотенциальные выводы выполнены либо в виде изолятора, усиленного высоковольтным проводом, либо в виде локальной защиты, каркас первичной обмотки является элементом для юстировки обмоток в заливочной форме при герметизации трансформатора методом двойной заливки. Closest to the invention is a high-potential transformer of the TP1 series [4], containing a magnetic circuit, a primary winding wound on a frame, secondary windings under one high potential, low voltage and high potential leads. The primary and secondary windings are enclosed in solid epoxy insulation, high-potential leads are made either in the form of an insulator reinforced with a high-voltage wire, or in the form of local protection, the primary winding frame is an element for aligning the windings in the filling form when the transformer is sealed by double casting.

Недостатками такого устройства являются невысокие технологичность, электрическая прочность и надежность, а также повышенный объем. Невысокая технологичность определяется сложностью изготовления локальных типов высокопотенциальных выводов (дополнительные детали и специальная оснастка), необходимостью двойной заливки (дополнительные операции и заливочные формы), сложностью изготовления заливочных форм, ограниченной номенклатурой применяемых высоковольтных проводов. The disadvantages of this device are the low manufacturability, electrical strength and reliability, as well as the increased volume. Low manufacturability is determined by the complexity of manufacturing local types of high-potential leads (additional parts and special equipment), the need for double casting (additional operations and casting molds), the complexity of manufacturing casting molds, limited by the range of high-voltage wires used.

Последний технологический недостаток вызван специальными требованиями к влагоустойчивости и теплостойкости высоковольтных проводов с тем, чтобы исключить проникновение влаги в обмотки и выдержать без изменений электрических и механических свойств длительное в течение десятков часов тепловое старение в процессе изготовления изделия, к электрической прочности изоляции при высоких напряжениях (толщина и материал), хорошей адгезии к компаундам. Невысокая электрическая прочность имеет несколько причин: наличие воздушных включений в локальном типе высоковольтных выводов ввиду их немонолитности, что может привести к коронированию; наличие аутогезионного слоя и термоупругих напряжений, вызванных двойной заливкой обмоток трансформатора, что при высоких напряжениях приводит к разрушению изоляции в результате теплового или электрического пробоя; плохая адгезия изоляционных оболочек высоковольтных проводов к компаундам, в результате чего возникают частичные разряды, разрушающие изоляцию; увеличенный коэффициент неоднородности электрического поля, вызванный малым диаметром жил высоковольтных проводов, расположенных вблизи заземленных элементов. The last technological drawback is caused by special requirements for moisture resistance and heat resistance of high-voltage wires in order to exclude moisture from entering the windings and withstand thermal aging during tens of hours without any changes in electrical and mechanical properties during the manufacture of the product, and to dielectric strength at high voltages (thickness and material), good adhesion to compounds. Low electric strength has several reasons: the presence of air inclusions in the local type of high-voltage leads due to their non-solidity, which can lead to corona; the presence of an autohesive layer and thermoelastic stresses caused by double pouring of the transformer windings, which at high voltages leads to the destruction of insulation as a result of thermal or electrical breakdown; poor adhesion of the insulating sheaths of high-voltage wires to the compounds, resulting in partial discharges that destroy the insulation; increased coefficient of heterogeneity of the electric field caused by the small diameter of the cores of high-voltage wires located near grounded elements.

В высоковольтных выводах прототипа применяются провода, у которых изоляция рассчитана на полное рабочее напряжение трансформатоpа. При большом количестве таких выводов (находящихся под одним высоким потенциалом) за счет суммарного объема их изоляции существенно увеличивается и объем всего трансформатора, что является его недостатком. Еще один недостаток прототипа - применение высоковольтных проводов марок ПВМК, ПВТФ и т.п., что может привести к ненадежной работе маломощных высокопотенциальных трансформаторов ввиду влияния на эти провода мощных электрических полей, создаваемых посторонними источниками. In the high-voltage terminals of the prototype, wires are used in which the insulation is designed for the full operating voltage of the transformer. With a large number of such conclusions (under one high potential) due to the total volume of their insulation, the volume of the entire transformer increases significantly, which is its drawback. Another disadvantage of the prototype is the use of high-voltage wires of the PVMK, PVTF and the like brands, which can lead to unreliable operation of low-power high-potential transformers due to the influence of powerful electric fields generated by extraneous sources on these wires.

Цель изобретения - повышение технологичности и электрической прочности высокопотенциального трансформатора. The purpose of the invention is to increase the manufacturability and electrical strength of a high potential transformer.

Цель достигается тем, что в высокопотенциальном трансформаторе, содержащем магнитопровод, первичную обмотку, N вторичных обмоток, находящихся под одним высоким потенциалом и вместе с высокопотенциальными выводами заключенных в твердую монолитную электрическую изоляцию, один из высокопотенциальных выводов выполнен в виде металлической трубы, внутри которой проложены остальные выводы из низковольтных монтажных проводов, при этом вторичные обмотки и упомянутая труба образуют единую жесткую конструкцию. The goal is achieved in that in a high-potential transformer containing a magnetic circuit, a primary winding, N secondary windings under one high potential and together with high-potential leads enclosed in solid monolithic electrical insulation, one of the high-potential leads is made in the form of a metal pipe, inside which the rest are laid conclusions from low-voltage mounting wires, while the secondary windings and the mentioned pipe form a single rigid structure.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что существенными отличительными признаками предлагаемого высокопотенциального трансформатора являются выполнение одного из высокопотенциальных выводов в виде металлической трубы, что уменьшает коэффициент неоднородности электрического поля за счет достаточно большого ее диаметра, хорошая адгезия к компаундам и отсутствие требования к недопустимости воздушных включений внутри трубы после герметизации трансформатора приводит к повышению технологичности и электрической прочности; применение в качестве высокопотенциальных выводов низковольтных монтажных проводов, что расширяет номенклатуру применяемых кабельных изделий, уменьшает объем, занимаемый этими выводами, и повышает технологичность; исполнение трубы вместе с вторичными обмотками в виде единой жесткой конструкции, что позволяет использовать трубу как элемент для юстировки вторичных обмоток и всех высокопотенциальных выводов в заливочной форме, тем самым достигается одноразовая заливка, повышается технологичность и электрическая прочность. Comparative analysis with the prototype shows that the essential distinguishing features of the proposed high potential transformer are the implementation of one of the high potential conclusions in the form of a metal pipe, which reduces the coefficient of heterogeneity of the electric field due to its sufficiently large diameter, good adhesion to the compounds and the absence of requirements for inadmissibility of air inclusions inside the pipe after sealing the transformer leads to increased manufacturability and electrical strength ; the use of low-voltage mounting wires as high-potential leads, which expands the range of cable products used, reduces the volume occupied by these leads, and improves manufacturability; execution of the pipe together with the secondary windings in the form of a single rigid design, which allows the pipe to be used as an element for aligning the secondary windings and all high-potential leads in the filling form, thereby achieving one-time filling, increasing manufacturability and electric strength.

На основании вышесказанного металлическая труба является многофункциональным элементом, а именно элементом для юстировки вторичных обмоток и уменьшения коэффициента неоднородности электрического поля, высокопотенциальным выводом, каналом для прокладки остальных высокопотенциальных выводов и экраном для них. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Based on the foregoing, a metal pipe is a multifunctional element, namely, an element for aligning the secondary windings and reducing the heterogeneity coefficient of the electric field, a high-potential output, a channel for laying the remaining high-potential outputs and a screen for them. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

Известно техническое решение, широко применяемое в строительстве, в котором прокладку проводов осуществляют в трубах (в том числе и металлических). Однако такой способ используют в основном с целью защиты кабельных изделий от механических повреждений и выполнения требований ПУЭ к электропожаробезопасности. Также известны высоковольтные кабели, у которых низковольтные монтажные провода заключены в изоляционную оболочку из облученного полиэтилена, а снаружи располагается сетчатый медный экран, фиксированный на оболочке резиновой трубкой. Такого рода экраны не являются высоковольтными проводниками, а служат только для безопасности при эксплуатации устройств и заземлены. Анализ других известных решений (аналогов) в исследуемой области и в смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом высокопотенциальном трансформаторе, и признать заявляемое решение соответствующем критерию "существенные отличия". Known technical solution, widely used in construction, in which the wiring is carried out in pipes (including metal). However, this method is used mainly to protect cable products from mechanical damage and to fulfill the requirements of the electrical safety code for electrical fire safety. High-voltage cables are also known in which low-voltage installation wires are enclosed in an insulated sheath of irradiated polyethylene, and on the outside there is a mesh copper screen fixed to the sheath with a rubber tube. Such screens are not high-voltage conductors, but serve only for safety when operating devices and are grounded. An analysis of other known solutions (analogues) in the studied area and in related areas allows us to conclude that they lack features similar to the essential distinguishing features of the claimed high potential transformer, and recognize the claimed solution as meeting the criterion of "significant differences".

На чертеже изображен предлагаемый высокопотенциальный трансформатор, содержащий магнитопровод 1, первичную обмотку 2, вторичные обмотки 3, с которыми жестко соединен один из высокопотенциальных выводов 4, выполненный в виде металлической трубы, внутри которой проложены остальные высокопотенциальные выводы 5 из низковольтных монтажных проводов, при этом вторичные обмотки и все выводы заключены в твердую монолитную электрическую изоляцию 6. The drawing shows the proposed high-potential transformer containing a magnetic circuit 1, primary winding 2, secondary windings 3, to which one of the high-potential leads 4 is rigidly connected, made in the form of a metal pipe, inside which the other high-potential leads 5 from low-voltage mounting wires are laid, while the secondary windings and all conclusions are enclosed in solid monolithic electrical insulation 6.

Предлагаемое устройство работает как обычный высокопотенциальный трансформатор, у которого на первичную обмотку подается низкое напряжение, а с N вторичных обмоток, находящихся под одним высоким потенциалом, на высокопотенциальные выводы поступает множество различных напряжений. The proposed device operates as a conventional high-potential transformer, in which a low voltage is supplied to the primary winding, and from various N secondary windings under one high potential, many different voltages are applied to the high-potential outputs.

Примером реализации предлагаемого изобретения может служить экспериментальный образец многоканального устройства для питания трех электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). В состав этого источника входят достаточно мощный трансформаторно-выпрямительный модуль (200 Вт), генерирующий 60 кВ, и маломощный высокопотенциальный трансформатор, обеспечивающий 22 выходных напряжения. Источник выполнен в виде монолитной конструкции из эпоксидного компаунда, высокопотенциальные обмотки трансформатора находятся под потенциалом 60 кВ, а высоковольтные выводы источника представляют собой металлическую трубу (выход модуля), внутри которой проложены 22 низковольтных монтажных провода марки МГТФ, являющиеся выходами высокопотенциального трансформатора. An example of the implementation of the invention can serve as an experimental sample of a multi-channel device for powering three cathode ray tubes (CRT). The composition of this source includes a fairly powerful transformer-rectifier module (200 W), generating 60 kV, and a low-power high-potential transformer that provides 22 output voltages. The source is made in the form of a monolithic structure made of epoxy compound, the high-potential windings of the transformer are at a potential of 60 kV, and the high-voltage terminals of the source are a metal pipe (module output), inside which 22 low-voltage MGTF mounting wires are laid, which are the outputs of the high-potential transformer.

По сравнению с прототипом в предлагаемом высокопотенциальном трансформаторе повышены технологичность и электрическая прочность за счет использования в качестве одного из высокопотенциальных выводов металлической трубы, а остальных низковольтных монтажных проводов. Compared to the prototype, the proposed high-potential transformer has improved manufacturability and electric strength due to the use of a metal pipe and the other low-voltage mounting wires as one of the high-potential outputs.

Claims

A HIGH POTENTIAL TRANSFORMER containing a magnetic circuit, primary winding, N secondary windings under one high potential together with high potential leads enclosed in solid monolithic electrical insulation, characterized in that one of the high potential leads is made in the form of a metal pipe, inside which the remaining leads from low voltage installation wires.