BR112015024604B1

BR112015024604B1 - método para execução de um processo de comutação em um comutador de derivação de carga

Info

Publication number: BR112015024604B1
Application number: BR112015024604-4A
Authority: BR
Inventors: Thomas Strof
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2021-01-19
Also published as: HK1214677A1; JP6275244B2; UA118102C2; KR20150140308A; US20160018840A1; EP2981979A1; JP2016519922A; RU2658290C2; RU2015146988A3; RU2015146988A; KR102167439B1; EP2981979B1; BR112015024604A2; DE102013103360A1; WO2014161729A1; ES2647825T3; CN105164770A; US9513654B2; CN105164770B

Abstract

MÉTODO PARA EXECUÇÃO DE UM PROCESSO DE COMUTAÇÃO EM UM COMUTADOR DE DERIVAÇÃO DE CARGA ENTRE DERIVAÇÕES DE BOBINAGEM DE UM TRANSFORMADOR DE DERIVAÇÃO POR MEIO DE CONTATOS DE COMUTAÇÃO. A invenção diz respeito a um método para execução de um processo de comutação em um comutador de derivação de carga entre derivações de bobinagem de um transformador de derivação. O processo de comutação para um comutador de derivação de carga é subdividido em uma pluralidade de fases, de acordo com o princípio de comutação de reator. Nessas fases os contatos de comutação em uso são monitorados durante a atuação e são completamente abertos ou fechados por capacitores no controlador, no caso de falha da alimentação de energia. Com isso se previnem estados críticos de comutação.

Description

[0001] A invenção diz respeito a um método para execução de um processo de comutação em um comutador de derivação de carga entre derivações de bobinagem de um transformador de derivação.

[0002] Comutadores de derivação de carga vêm sendo usados mundialmente em larga escala há vários anos para comutação ininterrupta entre diferentes derivações de bobinagem de transformadores de derivação. Os assim chamados comutadores de reator, os quais são abundantes particularmente na América do Norte, compreendem uma reatância de comutação que permite uma comutação lenta e contínua. Comutadores de derivação de carga de acordo com o princípio de rápida comutação de resistência usualmente consistem em um seletor para seleção livre de energia da respectiva derivação de bobinagem do transformador de derivação, o qual deve ser comutador, e em um comutador de carga do transformador de derivação para a comutação atual a partir da derivação de bobinagem anterior para a nova pré-selecionada. O comutador de carga para cujo propósito normalmente compreende contatos de comutação e contatos de resistência. Os contatos de comutação que servem para conexão direta da respectiva derivação de bobinagem com o diversor de carga e os contatos de resistência para conexão temporária, isto é, formação de pontes por meio de uma ou mais resistências de comutação. No entanto, desenvolvimentos nos últimos anos têm levado a um afastamento dos comutadores de carga com contatos mecânicos de comutação em óleo de isolamento. Em vez disso, vem sendo feito maior uso de células de comutação a vácuo como elementos de comutação.

[0003] Um comutador de derivação de carga com interruptores a vácuo é conhecido, por exemplo, a partir do DE 10 2009 043 171 A1. Nesse Petição 870200057840, de 11/05/2020, pág. 14/23 caso, um comutador de carga traz um eixo de acionamento, o qual pode ser acionado por meio de um armazenamento de energia, com pelo menos um disco excêntrico. O disco excêntrico tem uma pluralidade de saliências, em que duas saliências dispostas no disco excêntrico, na extremidade, têm um contorno que difere da forma circular, contorno do tipo ressalto no qual um rolamento respectivo conectado a um interruptor a vácuo por meio de um braço oscilante é guiado sob contato mantido, o qual percorre o contorno perfilado da respectiva saliência.

[0004] Devido à configuração construtiva deste comutador de derivação de carga, este requer um armazenamento de energia por mola para comutação abrupta por meio do sistema de contato. Armazenamentos de energia conhecidos a partir do estado da técnica são puxados, isto é, submetidos a estresse, por meio de um eixo de acionamento no início de cada atuação do comutador de derivação de carga. Os armazenadores de energia conhecidos consistem essencialmente em um cursor de elevação e em um cursor de salto, entre os quais molas de armazenamento de energia são dispostas como armazenamento de energia.

[0005] Armazenamentos de energia desse tipo são destacados, por exemplo, por DE 198 55 860 C1 e DE 28 06 282 B1. A despeito desses armazenamentos de energia usados ao longo de décadas, há falha constante desses dispositivos. Uma vez que o comutador de derivação de carga fique em uso ao longo de um extenso período de tempo, as molas de compressão ou tensão repetidamente se rompem e, assim, impedem a comutação. Além disso, pode acontecer de um cursor não alcançar a posição final, com o que o eixo de comutação não gira completamente e os contatos de comutação não alcançam a posição final daquele. Na pior das hipóteses, isso pode causar a destruição de todo o transformador de derivação.

[0006] Em comparação com o estado da técnica, os últimos modelos de comutador de derivação de carga do requerente não têm um armazenamento de energia mecânica para realização de processos de comutação. A atuação ocorre diretamente por meio de um acionamento elétrico. No caso de uma falha repentina da alimentação de energia para tal acionamento durante um processo de comutação, contudo, podem surgir configurações críticas no comutador de derivação de carga. Estas se dão, particularmente, brevemente antes do fechamento ou após a abertura de um contato de comutação. Nesse caso, é possível, por exemplo, que se soldem os contatos no interior do interruptor a vácuo.

[0007] O objeto da invenção é, portanto, prover um método para execução de um processo de comutação em um comutador de derivação de carga a fim de aumentar, assim, a confiabilidade de comutadores de derivação de carga.

[0008] Esse objeto é alcançado por meio de um método com as características da primeira reivindicação. As reivindicações dependentes dizem respeito a modalidades particularmente vantajosas do método.

[0009] A ideia geral da invenção - em um método para execução de um processo de comutação de um comutador de derivação de carga - consiste, portanto, em dividir a sequência de comutação na qual o processo de comutação se baseia em uma pluralidade de fases, identificar estados de comutação críticos e não críticos dos contatos de comutação respectivamente usados, monitorar cada uma dessas fases durante um processo de comutação e, dependendo de uma lógica de decisão que é parametrizada em um controlador, processar o valor da tensão de alimentação, o qual é detectado por meio de um dispositivo de monitoramento de tensão no início de um processo de comutação pretendido como uma base de decisão, e iniciar o processo de comutação ou entrar na próxima fase definida do processo de comutação somente se uma tensão de alimentação for detectável e, adicionalmente, no caso de uma queda de tensão dos meios ou da tensão de alimentação e, portanto, no caso de falha da alimentação de energia do acionamento elétrico durante um processo de comutação, superar os respectivos estados críticos de comutação, os quais são identificados para uma sequência de comutação dos respectivos contatos de comutação, com o auxílio da energia presente nos capacitores do controle, no qual a comutação avança para a fase seguinte que é identificada como não crítica.

[0010] De acordo com a invenção, no caso em que após o início da comutação para a primeira fase, faz-se checagem, por meio de um dispositivo de monitoramento de tensão, se uma tensão está presente em uma linha de fase selecionada. Se uma tensão não estiver presente, a comutação é interrompida e é retomada quando a tensão estiver presente.

[0011] Durante a segunda fase do método de acordo com a invenção, um acionamento elétrico é atuado por meio de um controle e, nesse caso, abre o segundo contato de comutação. Durante a abertura, a alimentação de energia do acionamento elétrico é monitorada por um controlador. No caso de uma queda de tensão na alimentação de energia do acionamento elétrico, é usada energia a partir dos capacitores do controle para plena abertura do segundo contato de comutação. Subsequentemente, então, durante a terceira fase, é realizado movimento para uma derivação de bobinagem adjacente por meio de um segundo contato de seletor.

[0012] Durante a quarta fase do método de acordo com a invenção, o acionamento elétrico é atuado por meio de um controle e, nesse caso, o segundo contato de comutação é fechado. Durante o fechamento, a alimentação de energia do acionamento elétrico é monitorada por meio do controlador e, no caso de queda de tensão da alimentação de energia do acionamento elétrico, é usada a energia dos capacitores do controle para pleno fechamento do segundo contato de comutação.

[0013] Durante a quinta fase do método de acordo com a invenção, o primeiro contato de seletor fica em contato com uma derivação de bobinagem e o segundo contato de seletor fica em contato com a derivação de bobinagem adjacente. O primeiro e segundo contatos de comutação são fechados, nesse caso. Durante este período surge uma corrente circular lk.

[0014] Durante a sexta fase do método de acordo com a invenção é feita a checagem, antes da continuação da comutação, por meio do dispositivo de monitoramento de tensão, se uma tensão está presente em uma linha de fase selecionada. Se uma tensão não estiver presente, a comutação é interrompida; se tensão estiver presente, dá-se continuidade. Durante a sétima fase subsequente, uma derivação de bobinagem adjacente é movida por meio do primeiro contato de seletor.

[0015] Durante a oitava fase do método de acordo com a invenção, o acionamento elétrico é atuado por meio de um controle e o primeiro contato de comutação é fechado. Durante o fechamento, a alimentação de energia do acionamento elétrico é monitorada por um controlador e, no caso de uma queda de tensão na alimentação de energia do acionamento elétrico, é usada a energia dos capacitores do controle para pleno fechamento do primeiro contato de comutação. A comutação é concluída na nona fase.

[0016] O método de acordo com a invenção será explicado mais detalhadamente a seguir, a título de exemplo, com base nas Figuras, as quais mostram:

[0017] Figura 1 uma vista esquemática de um comutador de derivação de carga com meios necessários para execução do processo de comutação, no qual configurações críticas são evitadas;

[0018] Figuras 2a - 2i um processo de comutação exemplificado de um comutador de derivação de carga operando de acordo com o princípio de comutação de reator, e

[0019] Figura 3 um fluxograma esquemático com diferentes fases durante um processo de comutação.

[0020] Um comutador de derivação 1, o qual está presente em um transformador de derivação 2, de acordo com o princípio de comutação de reator, é ilustrado na Figura 1. O transformador de derivação 2 tem um lado de alta-tensão 3, no qual é disposto o comutador de derivação de carga 2, e um lado de baixa-tensão 4. Tanto o lado de alta-tensão 3 como o lado de baixa tensão 4 têm três respectivas linhas de fase L1, L2, L3, l1, l2, l3. O comutador de derivação de carga 1 é atuado por um acionamento elétrico 4. Um controle 6 inicia as ações individuais de comutação do acionamento elétrico 5. O controle 6 é conectado ao acionamento elétrico 5 e ao dispositivo de monitoramento de tensão 8, chamado de SUV 8 a seguir, por meio de um controlador 7. O SUV 8 monitora a tensão das linhas de fase individual l1, l2 e l3 no lado de baixa-tensão 4. A alimentação de energia do acionamento elétrico 5 ocorre por meio de umas dessas linhas de fase l1 do lado de baixa-tensão 4 via linha 9. No entanto, qualquer uma dessas linhas de fase l1, l2 e l3 presente no lado de baixa-tensão 4 é adequada para tal propósito.

[0021] Capacitores de buffer que estão em uma posição de armazenar uma quantidade definida de energia são dispostos no interior do controle 6. Estes são componentes frequentes do controle 6, mas também podem ser instalados posteriormente. No início de um processo de comutação do comutador de derivação de carga 1, a partir de uma derivação n por meio de uma etapa intermediária n+1/2 para uma próxima derivação n+1 do transformador de derivação, a energia a partir de uma linha de fase l1, l2 ou l3 é usada para o propósito de abrir ou fechar os contatos de comutação V1, V2, particularmente interruptores a vácuo, presentes no interior do comutador de derivação de carga 1. As configurações críticas surgem nesse processo de comutação particularmente no caso da assim chamada difícil abertura ou no assim chamado difícil fechamento dos contatos de comutação. Difícil abertura ou fechamento surgem quando os contatos estão sob carga, isto é, conduzem corrente. Nesse caso, arcos que têm um efeito sobre a vida útil dos contatos e, no caso de um período mais longo de queima, podem até mesmo causar uma destruição, surgem no interior dos contatos de comutação.

[0022] Um processo de comutação exemplificado de um comutador de derivação de carga 1 operando de acordo com o princípio de comutação de reator é ilustrado nas Figuras 2a - 2i. O comutador de derivação de carta 1 consiste em um primeiro contato de comutação V1 e em um segundo contato de comutação V2, em um primeiro contato móvel de seletor W2 e em um segundo contato móvel de seletor W2, bem como em uma primeira reatância de comutação X1 e em uma segunda reatância de comutação X2. Adicionalmente, um diversor de carga Y é disposto entre a primeira e a segunda reatâncias X1 e X2. O processo de comutação ocorre a partir da primeira derivação n de uma bobinagem de derivação para uma segunda derivação de bobinagem adjacente n+1 de uma bobinagem de derivação de um transformador de derivação 2, em que uma configuração intermediária n+1/2 é permissível como uma configuração operacional estática.

[0023] No início de um processo de comutação, Figura 2b, o segundo contato de comutação V2 é aberto, de maneira que o segundo contato de seletor W2 possa inicialmente ser desvinculado livremente da corrente oriunda da derivação de bobinagem n. Subsequentemente, Figura 2c, o contato de seletor W2 se move para a segunda derivação n+1. Após alcançar a segunda derivação de bobinagem n+1, Figura 2d, o contato de comutação V2 é fechado. Nesse caso, surge a assim chamada corrente circular lk, Figura 2e. As reatâncias X1 e X2 tornam possível para o comutador de derivação de carga 1 permanecer nessa posição. Essa configuração é chamada de etapa intermediária n+1/2. Após abertura do primeiro interruptor a vácuo V1, Figura 2f, a corrente circular lk é interrompida e o primeiro contato de seletor W1 se move para a direção da segunda derivação de bobinagem n+1, Figura 2g. Assim que o primeiro contato de seletor W1 tiver alcançado a derivação de bobinagem n+1, Figura 2h e Figura 2i, o primeiro contato de comutação V1 é fechado.

[0024] De acordo com a invenção, esse processo de comutação pode, portanto, ser dividido em nove fases. Na primeira fase (I) (Figura 2a) é iniciada a comutação. Na segunda fase (II) o segundo contato de comutação V2 é aberto. Na terceira fase (III) (Figura 2c) a segunda derivação de bobinagem adjacente n+1 é movida pelo segundo contato de seletor W2. Na fase quatro (IV), o segundo contato de comutação V2 é fechado. Na fase cinco (V) (Figura 2d) ambos os contatos de comutação V1 e V2 são fechados. Na fase seis (VI) o primeiro contato de comutação V1 é aberto. Na fase sete (VII) (Figura 2g) o primeiro contato de seletor W1 se para a segunda derivação de bobinagem adjacente n+1+. Na fase oito (VIII) o primeiro contato V1 é fechado. Na fase nove (IX) é encerrado o processo de comutação.

[0025] O método de acordo com a invenção é ilustrado na Figura 3 por meio de um fluxograma esquemático. Nesse caso, no início do processo de comutação na primeira fase (I), inicialmente é checado pelo SUV 8 se uma tensão está presente na linha de fase l1, l2, l3 selecionada para a alimentação de energia. Se não for este o caso, não é dada continuidade ao processo de comutação e o comutador de derivação de carga 1 permanece nesta posição ou todo o transformador de derivação 2 é desligado. Se uma tensão estiver presente, o acionamento elétrico 5 é atuado por meio do controle 6.

[0026] Durante essa segunda fase (III), o segundo contato de comutação V2 é aberto. Essa fase é considerada como um estado crítico de comutação, uma vez que pode ocorrer o não resfriamento do arco se o segundo contato de comutação V2 não estiver completamente aberto. O controlador 7, durante este período, monitora a alimentação de energia do acionamento elétrico 5. Se durante esta fase (II) uma tensão cair, portanto, se ocorrer falha da alimentação de energia, isso é detectado pelo controlador 7 e é provida compensação com o auxílio da energia, a qual está presente no controle 6, a partir dos capacitores já previamente carregados, isto é, o segundo contato de comutação V2 é completamente aberto.

[0027] Quando a abertura estiver completamente concluída, a derivação adjacente n+1 é movida pelo segundo contato de seletor W2 para a terceira fase (III). Durante o fechamento do segundo contato de comutação V2, portanto, para a fase quatro (IV), a alimentação de energia é monitorada por meio do controlador 7. Essa fase (IV) é similarmente considerada como um estado crítico de comutação, uma vez que a pré- ignição e o subsequentemente não resfriamento do arco podem ocorrer se o segundo contato de comutação V2 não estiver completamente fechado. No caso de uma queda de tensão, portanto, falha da alimentação de energia, isso é detectado pelo controlador 7, e compensação é provida com o auxílio da energia, a qual está presente no controle 6, a partir dos capacitores já previamente carregados, isto é, o segundo contato de comutação V2 é completamente fechado. Na fase cinco (V), portanto, após o segundo contato de comutação V2, ter sido fechado, surge a assim chamada corrente circular lk. Esse estado de comutação é não crítico.

[0028] Antes da abertura do primeiro contato de comutação V1, portanto, fase seis (VI), faz-se checagem novamente se uma tensão estiver presente na linha de fase l1, l2, l3 selecionada para alimentação de energia. Se este não for o caso, não é dada continuidade ao processo de comutação e o comutador de derivação de carga permanece nessa posição ou todo o transformador de derivação é desligado. Na fase sete (VII) a derivação de bobinagem adjacente n+1 é movido. Na fase oito (VII) o primeiro contato de comutação V1 é fechado. Durante este período o controlador 7 monitora a alimentação de energia do acionamento elétrico 5. Se durante esta fase a tensão cair, portanto, falha da alimentação de energia, isso é detectado pelo controlador 7 e é provida compensação com o auxílio dos capacitores presentes no controle 6 e já previamente carregados. O processo de comutação é concluído na última fase.

[0029] Com o auxílio do método de acordo com a invenção sempre se garante que o primeiro e segundo contatos de comutação V1 e V2 nunca adotem um estado crítico de comutação durante um processo de comutação de um comutador de derivação de carga 1 a partir de uma derivação de bobinagem n para uma próxima derivação de bobinagem n+1. Assim, previne-se a destruição dos contatos de comutação V1 e V2, do comutador de derivação de carga 1 ou mesmo de todo o transformador de derivação 2. Isso traria efeitos desastrosos para um meio de alimentação de energia. Fases da comutação

Claims

1. Método para execução de um processo de comutação em um comutador de derivação de carga (1), que é atuado por um acionamento elétrico (5) controlado por um controle (6), entre derivações de bobinagem (n, n+1) de um transformador de derivação (2) por meio de contatos de comutação (V1, V2), caracterizado pelo fato de que: - o processo de comutação é subdividido em várias fases (I - IX), - são identificados estados críticos e não críticos de comutação dos respectivos contatos de comutação (V1, V2) empregados, - cada uma dessas fases (I - IX) é monitorada, - um valor da tensão de alimentação é detectado como base de decisão no início de um processo desejado de comutação por meio de um dispositivo de monitoramento de tensão (8), dependendo de uma lógica de decisão parametrizada em um controlador (7), e é comutado para a próxima fase definida (I - IX) do processo de comutação somente se houver a presença da alimentação de tensão, e - no caso de uma queda de tensão da tensão de rede ou de alimentação e, com isso, no caso de uma falha da alimentação de energia do acionamento elétrico (5) durante um processo de comutação, um estado de comutação crítico identificado é superado com o auxílio da energia residual presente nos capacitores do controle (6), no qual a comutação avança para o estado de comutação seguinte, que é identificado como não crítico.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que - após o início da comutação para a primeira fase (I) é checado por um dispositivo de monitoramento de tensão (8) se uma tensão está presente em uma linha de fase selecionada (l1, l2, l3), - a comutação é interrompida se uma tensão não estiver presente e - dá-se continuidade à comutação se tensão estiver presente.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que - durante a segunda fase (II) um acionamento elétrico (5) é atuado por meio de um controle (6) e, nesse caso, o segundo contato de comutação (V2) é aberto, - durante a abertura, a alimentação de energia do acionamento elétrico (5) é monitorada por um controlador (7) e - no caso de uma queda de tensão na alimentação de energia do acionamento elétrico (5), energia a partir dos capacitores do controle (6) é usada para plena abertura do segundo contato de comutação (V2).

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que - durante a terceira fase (III) uma derivação de bobinagem adjacente (n+1) é movida por meio de um segundo contato de seletor (W2).

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que - durante a quarta fase (IV), o acionamento elétrico (5) é atuado por meio de um controle (6) e, nesse caso, fecha o segundo contato de comutação (V2), - a alimentação de energia do acionamento elétrico (5) é monitorado por meio do controlador (7) durante o fechamento e - no caso de uma queda de tensão na alimentação de energia do acionamento elétrico (5), a energia dos capacitores do controle (6) é usada para fechamento pleno do segundo contato de comutação (V2).

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que - durante a quinta fase (V) um primeiro contato de seletor (W1) entra em contato com uma derivação de bobinagem (n) e o segundo contato de seletor (W2) entra em contato com a derivação de bobinagem adjacente (n+1), - o primeiro e segundo contatos de comutação (V1, V2) são fechados e - nesse caso, surge uma corrente circular lk.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que - durante a sexta fase (VI) é checado por meio do dispositivo de monitoramento de tensão (8), antes de se continuar a comutação, se uma tensão está presente em uma linha de fase selecionada (l1, l2, l3), - a comutação é interrompida se uma tensão não estiver presente e - é dada continuidade à comutação se tensão estiver presente.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que - durante a sétima fase (VII) uma derivação de bobinagem adjacente (n+1) é movida por meio do primeiro contato de seletor (W1).

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que - durante a oitava fase (VIII) o acionamento elétrico (5) é atuado por meio de um controle (6) e, nesse caso, fecha o primeiro contato de comutação (V1), - a alimentação de energia do acionamento elétrico (5) é monitorado por um controlador (7) durante o fechamento e - no caso de uma queda de voltagem na alimentação de energia do acionamento elétrico (5), energia a partir dos capacitores do controle (6) é usada para pleno fechamento do primeiro contato de comutação (V1).

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que - na nona fase (IX) a comutação é concluída.