BR102017001225A2

BR102017001225A2 - A circuit arrangement for reducing and compensating a unidirectional flow component in the sound magnetic core of a transformer

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Publication number: BR102017001225A2
Application number: BR102017001225-5A
Authority: BR
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2017-08-01
Also published as: CA2953743C; CA2953743A1; US20170213641A1; CN106997805A; US9941046B2; EP3196902B1; CN106997805B; EP3196902A1; BR102017001225B1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSIÇÃO DE CIRCUITO PARA REDUZIR E COMPENSAR UM COMPONENTE DE FLUXO UNIDIRECIONAL NO NÚCLEO MAGNÉTICO MACIO DE UM TRANSFORMADOR".

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A presente invenção refere-se geralmente ao campo de transformadores elétricos do tipo utilizado em redes de energia para a geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, especificamente a uma disposição de circuito para reduzir um componente de fluxo unidirecional no núcleo magnético macio de um transformador. TÉCNICA ANTERIOR

[0002] É conhecido que em redes para gerar, transmitir e distribuir energia elétrica, injeção indesejada de corrente contínua pode ocorrer por diferentes razões, por exemplo, causada por unidades de comutação eletrônica de energia na rede. Tal corrente contínua, daqui em diante também denominada um componente CC, resulta em um componente de fluxo unidirecional que causa saturação assimétrica do material de núcleo magnético do transformador. Isto aumenta as perdas e ruído de operação do transformador. Outra causa possível são assim denominadas "correntes geomagneticamente induzidas" (GIC) as quais são um problema especificamente para transformadores de alta potência, já que as não perdas de carga e não ruído de carga são significativamente aumentados. Dependendo do projeto do transformador, mesmo um componente CC muito pequeno de poucos 100 mA pode aumentar a emissão de ruído de operação por 10 a 20 dB. No caso de GIC, componentes CCs de até 50 A podem ocorrer. Um aumento significativo em perdas de alguns 20-30 % pode ocorrer. O aquecimento local no transformador pode ter uma redução severa na vida útil do isolamento de enrolamento.

[0003] Vários métodos e dispositivos para reduzir um componente de fluxo unidirecional no núcleo de um transformador são conhecidos. Por exemplo, na EP 2 622 614 B1 está proposto utilizar uma unidade de comutação para injetar uma corrente de compensação em um enro-lamento de compensação magneticamente acoplado no núcleo de transformador. O efeito da corrente de compensação contra-atua o componente de fluxo unidirecional. Válvulas controladas tais como ti-ristores, por exemplo, são propostas para implementar a unidade de comutação. No entanto, a utilização de comutadores de semicondutor controlados está correntemente limitada na prática a aproximadamente 690 V devido à sua máxima tensão permissível ou ao invés dissipação de energia. No entanto, no caso de transformadores utilizados no contexto de transmissão CC de alta tensão (HVDCT), a tensão induzida no enrolamento de compensação pode ser bem acima destes valores limite e pode realmente exceder 8 kV. A utilização prática de tirístores nesta faixa de alta tensão não está somente limitada, mas também requer uma disposição considerável para um equipamento de resfriamento para dissipar as perdas de comutação. Mais ainda, circuitos de controle comparativamente complexos são requeridos para controlar as válvulas controladas, o que adversamente afeta a confiabilidade. Para compensação de fluxo unidirecional praticável, requisitos similares aplicam aos próprios transformadores de energia: o dispositivo de compensação deverá ser de projeto simples e prover uma operação de baixa manutenção ao longo de diversas décadas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0004] O objeto da presente invenção é especificar uma disposição de circuito para reduzir um componente de fluxo unidirecional no núcleo magnético de um transformador, a dita disposição de circuito sendo de simples projeto e operando confiável mente por uma vida de serviço tão longa quanto possível.

[0005] Este objeto é conseguido pelas características das reivindi- cações 1 e 2. Modalidades vantajosas, aspectos e detalhes adicionais da invenção emergirão das reivindicações dependentes, da descrição e dos desenhos acompanhantes.

[0006] A proposta básica da presente invenção para gerar uma corrente de compensação é utilizar uma disposição de circuito que não requeira válvulas controladas.

[0007] De acordo com uma primeira variante, a disposição de circuito inventivamente compreende os seguintes componentes: [0008] - um enrolamento de compensação o qual está magneticamente acoplado no núcleo do transformador;

[0009] - um transdutor o qual está conectado em série com o enrolamento de compensação em um percurso de corrente de compensação, em que o percurso de corrente de compensação tem duas ramificações paralelas nas quais um enrolamento de potência do transdutor e uma válvula não controlada estão conectados em série em cada caso, em que as direções de fluxo das válvulas são uma contra a outra, e em que cada enrolamento de potência está magneticamente acoplado a um enrolamento de controle através de um núcleo de transdutor sa-turável;

[0010] - um dispositivo de controle ao qual informações sobre a magnitude e direção do componente de fluxo unidirecional são alimentadas no lado de entrada e as quais, no lado de saída, geram uma variável de controle a qual é alimentada para cada enrolamento de controle de modo que o estado de saturação do núcleo de transdutor possa ser variado de modo que, no percurso de corrente de compensação, uma corrente de compensação é formada cujo efeito contra-atua o componente de fluxo unidirecional.

[0011] De acordo com uma segunda variante, a invenção compreende as seguintes características: [0012] - um enrolamento de compensação o qual está magnética- mente acoplado no núcleo do transformador;

[0013] - um transdutor que tem um enrolamento de potência o qual está conectado em série com o enrolamento de compensação em um percurso de corrente de compensação, em que o percurso de corrente de compensação compreende uma válvula não controlada e um dispositivo de comutação para inverter a direção de fluxo de corrente dentro da válvula, e em que o enrolamento de potência está magneticamente acoplado a um enrolamento de controle através de um núcleo de transdutor saturável;

[0014] - um dispositivo de controle para o qual as informações providas por um dispositivo de detecção referentes à magnitude e direção do componente de fluxo unidirecional (cpDc) são alimentadas no lado de entrada e as quais geram no lado de saída uma variável de controle a qual é alimentada para o enrolamento de controle de modo que o estado de saturação do núcleo de transdutor possa ser variado de modo que, no percurso de corrente de compensação, uma corrente de compensação (lK) é formada cujo efeito contra-atua o componente de fluxo unidirecional (<t>Dc) dentro do núcleo do transformador.

[0015] Utilizando um transdutor em conjunto com válvulas não controladas evita a necessidade do circuito de controle complexo de outro modo requerido para válvulas controladas. Comparadas com um tiristor, as válvulas não controladas tais como um diodo, por exemplo, são relativamente robustas e têm uma longa vida de serviço. O transdutor, o qual essencialmente consiste em um núcleo magnético e uma disposição de enrolamento disposta sobre este (compreendendo uma disposição única ou em par de enrolamento de potência e enrolamento de controle), é similar em projeto a um transformador e é provável prover vida de serviço similarmente longa.

[0016] A complexidade de implementação é especificamente baixa para a variante dois. Não há necessidade de circuito de controle com- plexo do tipo requerido para válvulas controladas eletronicamente controladas. O dispositivo de comutação para inverter a polaridade da única válvula não controlada (diodo) pode ser de um tipo mecânico e pode ser atuado por um acionamento.

[0017] Com referência às perdas elétricas no estado ativo, aquelas de um diodo são relativamente baixas comparadas com as perdas de comutação de uma válvula controlada, de modo que o custo / complexidade de resfriamento é muito mais baixo no total. Comparadas com as válvulas controladas tais como tiristores, os valores limite com relação à dissipação de tensão e energia para os diodos correntemente comercialmente disponíveis são relativamente mais altos. Como um resultado, a utilização de um dispositivo de compensação de CC não está mais limitada a baixas voltagens, mas é agora também possível para altas voltagens para grandes transformadores de energia tal como transformadores HVDCT. Uma implementação de baixo custo é possível.

[0018] Os componentes inventivamente utilizados são comparativamente simples para ambas as variantes e são todos prováveis de operar livres de falhas por muitos anos.

[0019] Preferida é uma modalidade na qual a válvula não controlada ou as duas válvulas não controladas são projetadas como diodos de energia de alto boqueio em cada caso.

[0020] Em termos de baixos custos de fabricação, pode ser vantajoso que a disposição de circuito tenha um transdutor cujo núcleo de transdutor está implementado com um núcleo de tira dividida ou na forma de laminações empilhadas.

[0021] Uma baixa dissipação de energia no material magnético do transdutor pode ser conseguida compondo-o de laminações individuais feitas de um material magnético o qual tem um loop de histerese retangular que é tão estreito quanto possível. A energia de acionamento para o transdutor é portanto baixa, o que significa que a unidade de controle pode ser de um projeto mais simples.

[0022] Uma simplificação adicional da unidade de controle pode ser conseguida se o núcleo de transdutor for disposto em um circuito magnético que tem pelo menos uma folga de ar, de modo que a densidade de fluxo remanente está limitada a menos do que ou igual a 20 % na densidade de fluxo de saturação.

[0023] Para reduzir as perdas na unidade de controle ainda mais, pode ser vantajoso se um aço elétrico de grão orientado de baixa perda, um assim denominado material HiB-GOES, for utilizado.

[0024] Uma operação especificamente de baixa perda do transdutor pode ser conseguida se o fluxo magnético for carregado na direção da direção de rolagem do aço elétrico no núcleo de transdutor magnético macio.

[0025] De modo a limitar corrente no percurso de corrente de compensação, uma reator de limitação de corrente pode ser utilizado, por exemplo em série entre o transdutor e o enrolamento de compensação.

[0026] Em uma modalidade preferida do dispositivo de comutação, pode ser provido que o enrolamento de potência (ou enrolamentos) do transdutor seja implementado com uma indutância de fuga suficientemente grande de modo que esta simultaneamente também provenha limitação de corrente. O enrolamento de potência (ou enrolamentos) então simultaneamente atua como um reator de limitação de corrente, e portando não está presente como um componente separado.

[0027] Em ambos os casos é assegurado que, no percurso de corrente, a corrente máxima seja limitada mesmo se o dispositivo de controle do transdutor falhar. As outras medidas de limitação de corrente a serem providas no dispositivo de controle podem ser de um projeto mais simples ou completamente dispensadas.

[0028] Para uma alta confiabilidade e uma longa vida de serviço, pode ser vantajoso se os componentes dispostos na seção de potência, isto é, o enrolamento de compensação, o transdutor, as válvulas e possivelmente o reator de limitação de corrente, estejam dispostos dentro do tanque de transformador. Como um resultado, estes componentes da disposição de circuito são banhados e resfriados pelo líquido de isolamento e resfriamento do transformador, o que estende a sua vida de serviço.

[0029] Para gerar a corrente de compensação, pode ser vantajoso que a fase da tensão induzida no enrolamento de compensação seja detectada utilizando um dispositivo de medição e alimentada para o dispositivo de controle. Isto simplifica a geração da corrente de compensação.

[0030] Informações concernentes à magnitude e direção do componente de fluxo unidirecional a ser compensado podem ser adquiridas, por exemplo, por meio de um dispositivo de medição disposto sobre o núcleo de transformador. Tal dispositivo de medição pode ser, por exemplo, um sensor magnético o qual está disposto circuito de derivação sobre a culatra de transformador ou sobre um membro.

[0031] No entanto, outra possibilidade para prover informações sobre a magnitude e direção do componente de fluxo unidirecional a ser compensado podem também ser obtidas da própria rede elétrica. As informações podem ser obtidas por medição de instrumento sobre os cabos de conexão do transformador. Vários dispositivos para detectar um componente CC estão disponíveis para uma pessoa versada na técnica.

[0032] Em uma modalidade especificamente preferida pode ser provido que um transformador que tem um enrolamento primário e um enrolamento secundário seja provido para cada circuito de controle (Figura 3), em que cada enrolamento primário é alimentado pelo enro- lamento de compensação, e em que cada enrolamento secundário está atribuído a um circuito de controle onde este é incorporado de modo que a tensão induzida no respectivo enrolamento de controle 1b seja compensada. Isto significa que o requisito de espaço para a disposição de circuito de acordo com a invenção é baixo e uma compensação altamente diferenciada de um componente CC indesejado é possível. SUMÁRIO DOS DESENHOS

[0033] Para uma explicação adicional da invenção, referência será feita na parte seguinte da descrição a desenhos dos quais modalidades vantajosas adicionais, detalhes e desenvolvimento da invenção emergirão com base em um exemplo e nos quais: [0034] Figura 1 ilustra esquematicamente uma primeira variante da disposição de circuito de acordo com a invenção;

[0035] Figura 2 ilustra esquematicamente uma segunda variante da disposição de circuito de acordo com a invenção;

[0036] Figura 3 ilustra esquematicamente uma modalidade preferida de acordo com uma primeira variante da invenção.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES PREFERIDAS

[0037] A invenção será agora explicada em maiores detalhes com referência às modalidades exemplares.

[0038] A Figura 1 ilustra esquematicamente uma primeira variante da disposição de circuito de acordo com a invenção. O caractere de referência 4 denota um enrolamento de compensação o qual está magneticamente acoplado no núcleo magnético macio de um transformador. (Para o bem da clareza, nem o núcleo magnético nem os outros componentes bem conhecidos do transformador estão apresentados nos desenhos).

[0039] Como a Figura 1 mostra, o enrolamento de compensação 4 está inserido em um percurso de corrente de compensação 8. O percurso de corrente de compensação 8, daqui em diante também referi- do como seção de potência (apresentada utilizando uma espessura de linha grossa nas Figuras 1 a 3), divide em duas ramificações paralelas na variante da invenção como mostrado na Figura 1: cada ramificação paralela contém um enrolamento de potência 1a de um transdutor 1. Conectada em série com o enrolamento de potência 1a em cada caso está uma válvula 2. Cada uma destas válvulas 2 é não controlada. As válvulas 2 estão projetadas como diodos de semicondutor. Nas duas ramificações paralelas, os diodos 2 estão conectados em antiparalelo, isto é, visto na direção de circulação do percurso de corrente de compensação 8, a direção de fluxo de um diodo 2 (o diodo esquerdo na Figura 1) é anti-horária, o diodo 2 disposto na ramificação paralela direita conduz em uma direção horária.

[0040] Como pode ser visto da Figura 1, o transdutor 1 tem dois enrolamentos de potência 1a e dois enrolamentos de controle 1b. A cada enrolamento de potência 1a em uma ramificação paralela está atribuído um enrolamento de controle 1b. Cada um dos dois enrolamentos de potência 1a carrega parte da corrente de compensação lK. O acoplamento magnético entre um enrolamento de potência 1a e o enrolamento de controle 1 b atribuído a este cria um núcleo de transdutor magnético macio 10 (mostrado em forma simplificada como uma linha tracejada na Figura 1). O núcleo de transdutor 10 é um núcleo de tira dividida, mas pode também ser de projeto laminado. O material para o dito núcleo de transdutor 10 é um aço elétrico de grão orientado HiB GOES. A histerese destes material é uma estreita curva retangular de modo que pouca energia de comutação é requerida para controlar o transdutor 1. No núcleo de transdutor 10, o fluxo magnético é carregado na direção de rolagem do aço elétrico.

[0041] Os dois enrolamentos de controle 1b estão conectados em série em um circuito de controle 14. Um dispositivo de controle 6 alimenta uma variável de controle 11 neste circuito de controle 14. Como será abaixo descrito em mais detalhes, esta variável de controle 11 cria diferentes graus de saturação do material magnético do núcleo de transdutor 10, como um resultado do qual uma corrente que tem um componente CC é formada no percurso de corrente de compensação 8. O dito componente CC pode ser definido em magnitude e direção pela variável de controle 11 de modo que o componente de fluxo unidi-recional não desejado Φ0ο (o qual surge de um componente CC nos enrolamentos primário / secundário do transformador) é pelo menos contra-atuado ou, idealmente, completamente compensado.

[0042] No lado de entrada na Figura 1, dois sinais são alimentados para o dispositivo de controle 6: [0043] Por um lado, informações 12 sobre a magnitude e direção do componente de fluxo unidirecional d>Dc a ser compensado. Como mostrado na Figura 1, estas informações sobre componente de fluxo unidirecional indesejado d>Dc pode ser o sinal de um dispositivo de detecção 5 o qual detecta o componente de fluxo unidirecional Φ0ο por exemplo, na culatra do transformador. Especificamente adequado é um sistema de medição de desvio descrito na PCT/EP 2010/054857 o qual consiste essencialmente em uma seção de derivação a qual está disposta no núcleo de transformador de modo que uma porção do fluxo magnético seja ramificada para fora e carregada em um circuito de derivação de modo que um sinal de medição que corresponde ao componente de fluxo unidirecional Φ0ο possa ser determinado utilizando uma bobina de sensor disposta sobre a seção de derivação. Tal sensor de campo magnético está disposto dentro do tanque de transformador.

[0044] No entanto, as informações para reduzir os efeitos de um componente de fluxo unidirecional Φ00 podem também vir de outra fonte, por exemplo, da própria rede elétrica, na qual o componente GIC-CC é medido em condutores de fase na rede - o que é técnica- mente complexo - ou uma GIC pode ser predita ou detectada em algum outro modo. Na representação esquemática na Figura 1, nem tudo isto está mostrado para o bem da simplicidade; o bloco funcional 5 apresenta um dispositivo de detecção em geral no qual, no lado de entrada, provê a unidade de controle 6 com as informações relevantes sobre a direção e magnitude da variável de perturbação através do percurso de sinal de medição 12.

[0045] Por outro lado, a Figura 1 também mostra outro sinal 13 o qual vem de um detector 7 o qual dá a fase da tensão CA induzida no enrolamento de compensação 4. Na modalidade na Figura 1, este sinal 13 é do mesmo modo também utilizado para gerar a variável de controle 11, por meio disto permitindo que a complexidade na unidade de controle 6 seja minimizada.

[0046] Neste exemplo, a unidade de controle 6 gera o sinal de controle 11 como uma função destas duas variáveis de entrada 12 e 13. Este sinal de controle é injetado no circuito de controle 14. A unidade de controle 6 portanto seletivamente controla o estado de saturação no transdutor 1, por meio disto predefinindo o seu comportamento de comutação. O número de saídas da unidade de controle 6 é adequado ao projeto do transdutor 1. A unidade de controle 6 contém um computador o qual nesta modalidade exemplar também incorpora a funcionalidade de um controlador adaptável, por meio disto grandemente evitando a necessidade para calibração em uma instalação de teste dispendiosa. O sinal de controle 11 é gerado por algoritmos no dispositivo de controle 6. Embora o algoritmo para gerar a variável de controle 11 no dispositivo de controle 6 possa ser simplificado utilizando as informações de fase 13, o sinal 11 não é absolutamente necessário.

[0047] O transdutor 1 é comutado entre um estado de bloqueio e um condutivo por um pulso de corrente no seu enrolamento de contro- le 1b. O transdutor 1 se mantém no estado condutivo através da corrente do enrolamento de potência 1a até o seu cruzamento zero e então automaticamente assume o estado de bloqueio. O comportamento de comutação deste "comutador magnético" portanto corresponde àquele de uma válvula controlada, mas sem as desvantagens da última. Como um resultado, o sinal de controle 11 influencia o estado de saturação do núcleo de transdutor 10 de modo que uma corrente de compensação lK de magnitude e direção predefiníveis obtém no percurso de corrente de compensação 8. Na Figura 1 isto está indicado pela seta dupla 9.

[0048] A Figura 2 mostra uma segunda variante da disposição de circuito de acordo com a invenção. Em contraste com a modalidade de acordo com a Figura 1, o transdutor 1 consiste em um único enrolamento de potência e enrolamento de controle 1a, 1b; além disso, não existe uma disposição antiparalela das duas válvulas no percurso de energia 8 (percurso de corrente de compensação), mas somente uma única válvula 2 a qual pode ser invertida em polaridade no percurso de corrente 8 por meio de um dispositivo de comutação 15. O dispositivo de comutação 15 para inverter a polaridade do diodo 2 está aqui implementado como um comutador mecânico o qual consiste em dois contatos de comutação 15' e 15". Os contatos de comutação 15' e 15" são atuados por uma unidade de acionamento (não mostrada em maiores detalhes), por exemplo por uma acionamento elétrico. Na configuração de comutação na Figura 2, os dois contatos de comutação 15' e 15" estão mostrados em um posicionamento de comutador no qual a corrente de compensação lK está fluindo no sentido anti-horário no percurso de corrente de compensação 8. Se os dois contatos de comutação 15' e 15" forem colocados em seu outro respectivo posicionamento , o primeiro contato de comutação 15' está conectado no ca-todo, o contato de comutação 15" no anodo do diodo 2, a direção de fluxo da corrente de compensação lK no percurso de corrente de compensação 8 muda. A corrente de compensação lK no diagrama de comutação mostrado na Figura 2 agora flui na direção oposta, isto é, em uma direção horária. Como já acima explicado com referência à Figura 1, o componente de fluxo magnético unidirecional no núcleo de um transformador é reduzido por meio do "comutador magnético" 1. O transdutor 1 é novamente controlado na fase de controle 14 de uma unidade de controle 6 pelo sinal de controle 11 de modo que uma corrente de compensação bidirecional lK (seta dupla 9) começa a fluir na seção de potência 8. As informações sobre a perturbação a ser compensada são alimentadas para a unidade de controle 6 através do percurso de sinal 12. A corrente de compensação lKé tal que esta reduz o efeito indesejável do componente de fluxo unidirecional <t>Dc dentro do núcleo do transformador. Como um resultado, a saturação desbalan-ceada e portanto também a dissipação de energia e emissão de ruído do transformador são reduzidas. Uma dissipação de energia mais baixa, isto é, temperatura de operação mais baixa, estende a vida de serviço do transformador.

[0049] A vantagem da variante de circuito mostrado na Figura 2 reside primariamente na compensação de energias de compensação mais altas as quais requerem transdutores maiores e reatores de limitação de corrente. Aqui pode ser aconselhável reagir à polaridade mudada da corrente contínua mudando a polaridade do (único) retificador não controlado 2. A complexidade de circuito é também mais baixa comparado com a Figura 1. Somente um transdutor precisa ser provido, ao invés de duas bobinas de transdutor para cada polaridade da corrente contínua a ser compensada. Aqui pode ser vantajoso em termos de disponibilidade e confiabilidade implementar o dispositivo de comutação 15 como um comutador mecânico. Isto assegura uma alta disponibilidade e confiabilidade de operação. A experiência mostrou que a polaridade de uma corrente CC a ser compensada, por exemplo uma GIC, muda somente muito lentamente. O comutador mecânico 15 pode portanto ser atuado por um simples mecanismo. Este comutador 15 está de preferência disposto fisicamente dentro do tanque de transformador de modo que os líquidos de isolamento e resfriamento dentro do tanque lavem os seus contatos de comutação 15', 15".

[0050] A Figura 3 mostra uma modalidade preferida da primeira variante da invenção. Em contraste com a Figura 1, dois transdutores 1 completamente separados são utilizados os quais podem também ser ativados separadamente por unidades de controle 6 dependendo da polaridade da corrente contínua a ser compensada (GIC). Cada en-rolamento de controle 1 b é novamente controlado por um sinal de controle 11 no circuito de controle 14. O sinal de controle 11 está provido por uma unidade de controle 6 em cada caso. Em cada um dos dois circuitos de controle 14 para controlar os enrolamentos de controle 1b, um enrolamento de um transformador 16 está incorporado de modo que as voltagens induzidas nos enrolamentos de controle 1b sejam compensadas. A vantagem disto é que a energia de controle é significativamente reduzida. Como um resultado, as duas unidades de controles 6 podem ser de um projeto mais simples. Os dois transformadores 16 são também implementados de modo que uma indutância de fuga seja introduzida nos respectivos circuitos de controle 14 em cada caso, por meio disto aumentando a estabilidade do respectivo controlador 6. Outra diferença comparada com a Figura 1 é que, na modalidade na Figura 3, o reator de limitação de corrente 3 está instalado separadamente em cada ramificação paralela. A vantagem disto é que menos espaço é requerido para o reator de limitação de corrente 3. No entanto, na modalidade ilustrada na Figura 3 é também possível integrar o reator 3 no enrolamento de potência 1a de modo que uma indutância de fuga suficientemente grande seja conseguida. Uma limitação de corrente separada não mais então é necessária. A implementação da disposição de circuito de acordo com a invenção é então especificamente vantajosa.

[0051] Para sumarizar, as vantagens que surgem são como segue: [0052] O transdutor em conjunto com as válvulas não controladas constitui uma unidade robusta a qual opera confiável mente ao longo de uma longa vida de serviço.

[0053] A vantagem de dispor o transdutor e diodo dentro do tanque de um transformador é que um resfriamento eficiente é possível. Um dispositivo de resfriamento complexo não é requerido. Do mesmo modo, não há necessidade de um gabinete de distribuição complexo e eletrônica de energia associada.

[0054] A seção de potência completa 8, isto é, os componentes dispostos no percurso de corrente de compensação, pode ser acomodada dentro do tanque de transformador. O problema de falhas de terra na disposição de condutor externo da seção de potência é eliminado. Do mesmo modo eliminadas são as buchas que de outro modo seriam requeridas para trazer para fora a seção de potência. Dispositivos para desconectar as seções de potência, tal como um interruptor ou contator também não são requeridos.

[0055] O dispositivo de comutador que atua magneticamente, que consiste no transdutor e diodo, é facilmente escalável para diferentes voltagens e potências. Uma compensação de CC de baixo custo pode ser implementada mesmo para voltagens e potências comparativamente altas. É portanto agora também possível que a compensação de CC pode ser utilizada em grandes transformadores HVDCT.

[0056] Como a unidade de controle permanece fora do tanque, esta pode ser economicamente implementada dentro do escopo da EU Low Tensão Directive.

[0057] No caso de falha de um diodo não é necessário que o transformador seja desligado da rede.

[0058] A energia para gerar esta corrente de compensação lK vem da tensão real induzida pelo enrolamento de compensação 4 (na Figura 1 o enrolamento de compensação 4 está representado pelo símbolo de fonte de tensão CA). O enrolamento de compensação 4 portanto funciona como uma fonte de energia. Uma fonte de energia separada para gerar a corrente de compensação lK não é requerida. Como mostrado na Figura 1, a corrente de compensação lKflui através do enrolamento de compensação 4 em ambas as direções, o que faz com que o seu componente de fluxo magnético associado contra-atue o componente de fluxo unidirecional indesejado <t>DC no núcleo do transformador dependendo de sua direção. Na Figura 1 a corrente de compensação bidirecional lKestá indicada por um par de setas de 2 vias 9.

[0059] Nas Figuras 1 e 2, cada válvula não controlada 2 está implementada como um diodo de potência de alto bloqueio o qual tem uma alta capacidade de bloqueio e uma baixa resistência direta. Em termos de tecnologia de semicondutor, isto é conseguido inserindo uma fina camada intermediária de baixa dopagem entre regiões pn altamente dopadas. Como um resultado, as perdas nesta válvula (não controlada) são mais baixas comparadas com um tiristor.

[0060] Apesar da invenção ter sido explicada e descrita em detalhes com base nos exemplos acima apresentados, a invenção não está limitada a estes exemplos. Outras modalidades e variações são concebíveis sem afastar do conceito básico da invenção.

[0061] O transdutor 1, cujo projeto é conhecido por si, pode ser de diferente construção com relação ao seu núcleo, por exemplo consistindo em dois circuitos magnético ou em um núcleo magnético com três membros. Esta disposição de enrolamento pode consistir em duas bobinas de controle 1a separadamente enroladas para cada seção de potência 1a, ou uma bobina de controle comum 1b para ambas as seções de potência 1a.

[0062] O diagrama de blocos nas Figuras 1 e 2 mostra um reator de limitação de corrente 3 no percurso de corrente de compensação 8. Como já acima ilustrado, isto não é absolutamente necessário, já que esta função de limitação de corrente pode também ser provida por uma implementação adequada do(s) enrolamento(s) de energia 1a do transdutor. Neste caso o reator de limitação de corrente 3 mostrado nas Figuras 1 e 2 seria omitido. LISTA DE CARACTERES DE REFERÊNCIA 1 transdutor 1a enrolamento de potência 1 b enrolamento de controle 2 válvula não controlada, diodo 3 reator de limitação de corrente 4 enrolamento de compensação, fonte de tensão 5 dispositivo de detecção, dispositivo de medição 6 unidade de controle 7 detector de fase 8 percurso de corrente de compensação 9 seta dupla 10 núcleo de transdutor 11 variável de controle 12 sinal, percurso de sinal de medição 13 sinal 14 circuito de controle 15 dispositivo de comutação 15' primeiro contato de comutação do dispositivo de comutação 15 15" segundo contato de comutação do dispositivo de comutação 15 16 transformador no circuito de controle 14 cf>Dc componente de fluxo unidirecional 1« corrente de compensação REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Disposição de circuito para reduzir um componente de fluxo unidirecional (<J>DC) no núcleo magnético macio de um transformador, caracterizada por compreender: - um enrolamento de compensação (4) o qual está magneticamente acoplado no núcleo do transformador; - um transdutor (1) que tem enrolamentos de potência (1a) os quais estão conectados em série com o enrolamento de compensação (4) em um percurso de corrente de compensação (8), em que o percurso de corrente de compensação (8) tem duas ramificações paralelas cada uma contendo um enrolamento de potência (1a) do transdutor (1) e uma válvula não controlada (2) conectada em série, em que as direções de fluxo das válvulas (2) são uma contra a outra, e em que cada enrolamento de potência (1a) está magneticamente acoplado a um enrolamento de controle (1b) através de um núcleo de transdutor saturável (10); - um dispositivo de controle (6) para o qual as informações (12) providas por um dispositivo de detecção (5) sobre a magnitude e direção do componente de fluxo unidirecional (<t>DC) são alimentadas no lado de entrada, e as quais, no lado de saída, geram uma variável de controle (11) a qual é alimentada para cada enrolamento de controle (1b) de modo que o estado de saturação do núcleo de transdutor (10) possa ser variado de modo que uma corrente de compensação seja formada no percurso de corrente de compensação (8), o efeito do qual contra-atua o componente de fluxo unidirecional (4>DC) no núcleo do transformador.

2. Disposição de circuito para compensar um componente de fluxo unidirecional (<t>Dc) no núcleo magnético macio de um transformador caracterizada por compreender: - um enrolamento de compensação (4) o qual está magne- ticamente acoplado no núcleo do transformador; - um transdutor (1) que tem um enrolamento de potência (1a) o qual está conectado em série com o enrolamento de compensação (4) em um percurso de corrente de compensação (8), em que está disposta no percurso de corrente de compensação (8) uma válvula não controlada (2) e um dispositivo de comutação (15) para inverter a polaridade do fluxo da corrente direção dentro da válvula (2), e em que o enrolamento de potência (1a) está magneticamente acoplado a um enrolamento de controle (1 b) através de um núcleo de transdutor satu-rável (10); - um dispositivo de controle (6) para o qual as informações (12) providas por um dispositivo de detecção (5) sobre a magnitude e direção do componente de fluxo unidirecional (<J>DC) são alimentadas no lado de entrada, e as quais, no lado de saída, geram uma variável de controle (11) a qual é alimentada para cada enrolamento de controle (1b) de modo que o estado de saturação do núcleo de transdutor (10) possa ser variado de modo que uma corrente de compensação seja formada no percurso de corrente de compensação (8), o efeito do qual contra-atua o componente de fluxo unidirecional (<t>Dc) no núcleo do transformador.

3. Disposição de circuito de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizada por a válvula ou cada válvula (2) ser implementada como um diodo de potência de alto bloqueio.

4. Disposição de circuito de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizada por o núcleo de transdutor (10) ser implementado como um núcleo de tira dividida (10) ou como um núcleo empilhado (laminado).

5. Disposição de circuito de acordo com a reivindicação 4 caracterizada por a tira dividida ou o núcleo empilhado (10) ser feito de laminações de um material magneticamente macio que tem uma curva de histerese retangular, essencialmente estreita.

6. Disposição de circuito de acordo com a reivindicação 4 ou 5 caracterizada por o núcleo de transdutor (10) ser disposto em um circuito magnético que tem pelo menos uma folga de ar de modo que a densidade de fluxo remanescente está limitada a menos do que ou igual a 20 % da densidade de fluxo de saturação.

7. Disposição de circuito de acordo com a reivindicação 6 caracterizada por o material ser aço elétrico HiB-GOES de grão orientado.

8. Disposição de circuito de acordo com a reivindicação 7 caracterizada por o fluxo magnético no material ser carregado na direção de rolagem do aço elétrico HiB-GOES de grão orientado.

9. Disposição de circuito de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por pelo menos um reator de limitação de corrente (3) ser conectado em série entre o transdutor (1) e o enrolamento de compensação (4) no percurso de corrente de compensação (8), ou o enrolamento de potência (1) está projetado para limitação de corrente.

10. Disposição de circuito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8 caracterizada por o enrolamento de compensação (4), o transdutor (1), as válvulas (2) e possivelmente o reator de limitação de corrente (3) serem dispostos dentro de um tanque cheio de líquido de isolamento ou resfriamento de um transformador.

11. Disposição de circuito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8 caracterizada por a fase da tensão induzida no enrolamento de compensação (4) ser obtida por meio de um dispositivo de medição (7) e alimentada para o dispositivo de controle (6).

12. Disposição de circuito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8 caracterizada por as informações sobre a magnitude e a direção do componente de fluxo unidirecional (Φ0ε) serem obtidas por meio de um dispositivo de medição (5) disposto sobre o núcleo do transformador.

13. Disposição de circuito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8 caracterizada por as informações sobre o tamanho e a direção do componente de fluxo unidirecional (Φ00) serem obtidas por meio de um dispositivo de medição (5) disposto sobre os cabos de conexão do transformador.

14. Disposição de circuito de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por, para cada circuito de controle (14), um transformador (16) ser provido que possui um enrolamento primário e um enro-lamento secundário (Figura 3), em que cada enrolamento primário é alimentado pelo enrolamento de compensação (4), e em que cada enrolamento secundário é atribuído um circuito de controle (14) e está incorporado no dito circuito de controle (14) de modo que a tensão induzida no respectivo enrolamento de controle (1b) é compensada.

15. Disposição de circuito de acordo com a reivindicação 14 caracterizada por, para o propósito de limitação de corrente, o enrolamento de potência (1a) do transdutor (1) ser implementado como uma indutância de fuga.

16. Disposição de circuito de acordo com a reivindicação 14 caracterizada por, em cada ramificação paralela, um reator de limitação de corrente (3) ser conectado em série com o enrolamento de potência (1a) do transdutor (1).