BR112015029477B1

BR112015029477B1 - Aparelho para a redução de um componente de fluxo magnético unidirectional no núcleo de um transformador

Info

Publication number: BR112015029477B1
Application number: BR112015029477-4A
Authority: BR
Inventors: Peter Hamberger
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2021-06-29
Also published as: CA2910674C; BR112015029477B8; EP3005383A1; KR101806293B1; BR112015029477A2; US20160125999A1; WO2014191023A1; US10083789B2; CA2910674A1; KR20160012223A; EP3005383B1; CN105229759B; CN105229759A

Abstract

aparelho para a redução de um componente de fluxo magnético unidirectional no núcleo de um transformador. a presente invenção refere-se a um aparelho para a redução de um componente de fluxo magnético unidirecional no núcleo de um transformador, em particular, a um transformador trifásico que compreende uma pluralidade de enrolamentos de compensação (k1, k2, k3), os quais estão mageticamente acoplados ao núcleo do transformador. o dito aparelho é caracterizado pelo fato de que uma fonte de corrente controlável (s), para introduzir corrente nos enrolamentos de compensação (k1, k2, k3), é provido e está eletricamente disposta em série com os enrolamentos de compensação (k1, k2, k3) e de maneira específica, com o ponto neutro (p1) dos mesmos, o qual é formado pelas entradas dos enrolamentos de compensação (k1, k2, k3); e um transformador neutro de ligação à terra (h) é provido e está eletricamente conectado às saídas dos enrolamentos de compensação (k1, k2, k3); e a fonte de corrente (s) eletricamente conecta o ponto neutro (p1) dos enrolamentos de compensação (k1, k2, k3) ao ponto neutro (p2) do transformador neutro de ligação à terra (h).

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção refere-se a um aparelho para a redução de um componente de fluxo magnético unidirecional no núcleo de um transformador, em particular, a um transformador trifásico, o qual compreende uma pluralidade de enrolamentos de compensação os quais estão magneticamente acoplados ao núcleo do transformador.

[002] O campo de uso da invenção baseia-se no princípio tanto de transformadores na faixa de voltagem baixa ou voltagem média quanto de transformadores de potência bem alta (transformadores de potência, transformadores com transmissão de corrente direta de alta voltagem).

Técnica Anterior

[003] Nos transformadores elétricos, conforme os usados nas redes de distribuição de energia podem ocorrer a introdução de uma corrente direta no enrolamento primário ou enrolamento secundário, o que é indesejável. Tal alimentação de corrente direta, também denotada posteriormente como o componente de CD, pode, por exemplo, originar dos componentes eletrônicos estruturais como eles são usados atualmente durante o controle de acionamentos elétricos ou até mesmo para a compensação de potência reativa. Outra causa pode ser assim chamada de correntes geomagneticamente induzidas (GIC).

[004] Devido aos ventos solares, o campo magnético da terra é alterado e desse modo, voltagens com uma frequência muito baixa são induzidas nos circuitos condutores da superfície terrestre. Com linhas longas de transmissão de energia elétrica, a voltagem induzida pode causar correntes de baixa frequência relativamente longas (quase correntes diretas). Correntes geomagneticamente induzidas ocorrem aproximadamente em ciclos de dez anos. Elas são distribuídas uniformemente por todas (três) as fases, podem chegar a 30 A por fase e podem ser descarregadas através do ponto neutro de um transformador. Isso leva a uma saturação considerável do núcleo do transformador em um meio ciclo e, portanto, a uma corrente de excitação alta em um meio ciclo. Essa excitação adicional possui um grande componente harmônico e como resultado, por meio do campo de desmagnetização com o componente harmônico, perdas de corrente parasita são ocasionadas nos enrolamentos e componentes de núcleo do transformador. Isso pode causar o superaquecimento local do transformador. Além disso, a exigência de grande excitação provoca um alto consumo de potência reativa e uma queda de voltagem. Conjuntamente, isso pode levar a uma instabilidade da rede de transmissão de energia. Em termos bem simples, o transformador se comporta como uma meia onda em relação a um reator.

[005] Algumas distribuidoras de energia, portanto, já exigem na especificação de transformadores com corrente direta de 100 A o ponto neutro do transformador.

[006] De acordo com o WO 2012/041368 A1, é feito uso de uma voltagem elétrica induzida em um enrolamento de compensação e a voltagem elétrica é usada para a compensação do componente de interferência do fluxo magnético unidirecional por meio da conexão em série de um interruptor do tipo tiristor a um reator de limitação de corrente, de modo a introduzir a corrente de compensação no enrolamento de compensação. Tal solução funciona bem para correntes diretas a serem compensadas em uma faixa quando essas correntes diretas estão em uma ordem de magnitude menor do que as correntes geomagneticamente induzidas, ou seja, aproximadamente na faixa abaixo de 10 A. Para correntes geomagneticamente induzidas, o nível de voltagem média teria que ser usado, ou seja, na faixa de aproximadamente 5 kV, e tiristores de alta potência precisariam ser usados. No entanto, devido à alta perda de potência de tais tiristores, essa solução, não é econômica.

[007] Outra solução para correntes geomagneticamente induzidas é representada pelo assim chamado bloqueador de CD, no qual, em princípio, um capacitor é conectado ao ponto neutro do transformador. Essa solução mostra-se problemática, visto que uma voltagem de deslocamento é produzida carregando-se o capacitor. Além disso, a voltagem de deslocamento no capacitor é limitada, de modo que não é geralmente possível bloquear toda a corrente direta. Outra desvantagem de tal solução surge quando ela resulta em um curto-circuito na rede de transmissão e, portanto, em correntes de sequência zero.

Descrição da Invenção

[008] É um objetivo da presente invenção a provisão de um aparelho para a redução de um componente de fluxo magnético unidirecional no núcleo de um transformador, o dito aparelho, por um lado, opera sem perda de alta potência dos tiristores com alta potência e, por outro lado, não é limitado por uma voltagem de deslocamento em um capacitor.

[009] A invenção é caracterizada pelo fato de que: - uma fonte de corrente controlável é provida para introduzir acorrente nos enrolamentos de compensação, a dita fonte de corrente sendo eletricamente disposta em série com os enrolamentos de compensação e de maneira específica, com o ponto neutro dos mesmos, o qual é formado pelas entradas dos enrolamentos de compensação e - um transformador neutro de ligação à terra é provido, o qual é conectado de modo eletricamente condutivo às saídas dos enrolamentos de compensação, e - a fonte de corrente conecta eletricamente o ponto neutro dos enrolamentos de compensação ao ponto neutro do transformador neutro de ligação à terra.

[0010] O princípio da solução de acordo com a invenção baseia-se mais uma vez na compensação de corrente direta executada pelos enrolamentos de compensação, por meio da introdução específica da corrente nos enrolamentos de compensação, o efeito dos mesmos neutralizando o componente de fluxo unidirecional e impedindo a magnetização do núcleo do transformador. Em outras palavras, as assim chamadas ampere-voltas contrárias (“counter volta-amperes”) são introduzidas no transformador, no qual volta-ampere é outro termo para o fluxo magnético. Neste caso, a corrente de compensação é introduzida nos enrolamentos de compensação por uma fonte de corrente controlável, na qual geralmente um enrolamento de compensação é provido para cada fase do transformador.

[0011] Para que a corrente de compensação possa ser introduzida em baixa potência, o problema das voltagens induzidas nos enrolamentos de compensação deve ser solucionado. Tal solução é implantada por um transformador neutro de ligação à terra, conhecido por si só, o qual também é denotado como um aterramento transformador ou transformador de ligação à terra. O transformador neutro de ligação à terra gera um ponto neutro em relação às voltagens fase a fase dos enrolamentos de compensação. Portanto, o ponto neutro dos enrolamentos de compensação e o ponto neutro formado pelo transformador neutro de ligação à terra possuem o mesmo potencial. Portanto, entre esses pontos neutros, uma fonte de corrente controlável pode ser facilmente introduzida. Além disso, o transformador neutro de ligação à terra apresenta a vantagem de que as correntes diretas, as quais são introduzidas através desse ponto neutro e em seguida, distribuídas uniformemente por todas (três) as fases dos seus braços, não magnetizem o núcleo do transformador neutro de ligação à terra.

[0012] Uma modalidade da invenção provê que pelo menos um reator de limitação de corrente seja eletricamente disposto em série com a fonte de corrente. Conectando-se um reator de limitação de corrente a montante, as voltagens transientes podem ser filtradas de maneira eficiente, de modo que elas não passem pela fonte de corrente.

[0013] Por meio da fonte de corrente controlável, apenas a corrente que é necessária para a compensação das correntes diretas indesejadas é fornecida aos enrolamentos de compensação. Para determinar a corrente de compensação necessária, pode ser previsto que a fonte de corrente controlável seja conectada a um dispositivo de medição para detectar o componente de fluxo magnético unidirecional no transformador. Tais dispositivos de medição são descritos, por exemplo, no WO 2012/041368 A1 na forma de um componente magnético de desvio com uma bobina detectora. O componente de desvio pode ser disposto sobre o núcleo do transformador, por exemplo, adjacente a um braço ou jugo, de modo a conduzir uma porção do fluxo magnético em um circuito secundário. A partir desse fluxo magnético conduzido em desvio, um sinal do sensor, que possui estabilidade de longo prazo pode ser muito facilmente obtido por meio de uma bobina detectora, o dito sinal opcionalmente, após o seu processamento, representando muito claramente o componente de fluxo unidirecional (CD componente).

[0014] O transformador neutro de ligação à terra pode compreender enrolamentos em um arranjo em ziguezague para melhorar a distribuição de carga.

Breve Descrição das Figuras

[0015] Para uma descrição adicional da invenção, referência será feita a seguir às figuras em anexo, a partir das qual modalidades vantajosas, detalhes e avanços da invenção podem ser derivados. Nos desenhos:

[0016] A figura 1 mostra um circuito básico de acordo com a técnica anterior para introduzir corrente de compensação em um enrolamento de compensação que compreende um circuito do tipo tiristor.

[0017] A figura 2 mostra um circuito básico de acordo com a invenção para introduzir a corrente de compensação nos enrolamentos de compensação por meio de uma fonte de corrente controlável.

Modalidade da Invenção

[0018] De acordo com a técnica anterior da figura 1, durante a assim chamada compensação de corrente direta, a corrente direta é introduzida de uma maneira direcionado em um enrolamento de compensação K de modo a eliminar a magnetização de corrente direta do núcleo do transformador. Para introduzir o fluxo magnético necessário (as assim chamadas voltas-ampere de corrente direta) no enrolamento de compensação K, é feito uso da voltagem induzida alternada no enrolamento de compensação K, e o enrolamento de compensação K atua como uma fonte de voltagem alternada. No enrolamento de compensação K, uma unidade de comutação T configurada como um tiristor, é conectada em série com um reator de limitação de corrente L. A corrente direta necessária pode ser ajustada pela ignição de tensão síncrona em um tempo específico de ignição do tiristor T. Se o tiristor estiver aceso na transição de voltagem zero, a corrente direta máxima é definida, a qual, no entanto, é sobreposta por uma corrente alternada com a amplitude da corrente direta e a frequência de rede. Se o tiristor T for aceso posteriormente, a corrente direta será menor, porém, correntes alternadas harmônicas também serão produzidas. O caminho da corrente no tiristor T é limitado por um reator de limitação de corrente L e a carga térmica permitida para o tiristor T é dimensionada por um limite de corrente.

[0019] De acordo com a invenção, na figura 2, uma fonte de corrente controlável S e um transformador neutro de ligação à terra H são usados ao invés do tiristor T, e nesta modalidade, também ao invés do reator de limitação de corrente L.

[0020] A fonte de corrente controlável S está conectada elétrica e diretamente em série com os enrolamentos de compensação K1, K2, K3 e, a saber, as entradas dos enrolamentos de compensação K1, K2, K3 são conectadas a um ponto neutro P1, o qual está diretamente conectado à fonte de corrente S. Um respectivo enrolamento de compensação K1, K2, K3 é disposto em um braço de um transformador trifásico - não mostrado aqui.

[0021] No transformador neutro de ligação à terra H, os três enrolamentos primários (os superiores, neste caso) são conectados, respectivamente, por sua extremidade terminal a uma saída de um enrolamento de compensação K1, K2, K3. As outras extremidades terminais são, respectivamente, conectadas a uma extremidade terminal dos três (os inferiores, neste caso) enrolamentos secundários em um arranjo em ziguezague. As outras extremidades terminais do enrolamento secundário são unidas em um ponto neutro artificial P2, o qual está diretamente conectado à fonte de corrente controlável S.

[0022] Um arranjo em ziguezague significa que os enrolamentos primários e secundários de uma fase (neste caso, um enrolamento de compensação) são dispostos em diferentes braços do transformador neutro de ligação à terra H e/ou que os enrolamentos do mesmo braço pertencem a diferentes fases (diferentes enrolamentos de compensação).

[0023] Os enrolamentos primários e secundários do transformador neutro de ligação à terra H são do mesmo tamanho e, portanto, possuem aproximadamente o mesmo número de enrolamentos, porém, a corrente passa em direções diferentes. Desse modo, com a mesma corrente em diferentes enrolamentos, nenhum fluxo é induzido no núcleo do transformador neutro de ligação à terra H.

[0024] A fonte de corrente S está conectada elétrica e diretamente, por um lado, ao ponto neutro P1 dos enrolamentos de compensação K1, K2, K3 e, por outro lado, ao ponto neutro P2 do transformador neutro de ligação à terra H.

[0025] Similar à figura 1, também na figura 2, um reator de limitação de corrente L poderia ser eletricamente disposto em série com a fonte de corrente S.

[0026] Por meio do método de acordo com a invenção, grandes correntes de compensação e desse modo, grandes voltas de desmagnetização podem ser introduzidas no transformador em baixa potência. Os componentes em um nível de voltagem média, os quais são usados, tal como o transformador neutro de ligação à terra H, são conhecidos por si só e encontram-se disponíveis. A introdução de enrolamentos de compensação com voltagens induzidas a um nível de voltagem média por sua vez representa uma tecnologia aprovada. A vantagem da presente invenção é que a fonte de corrente controlável está em um potencial de aterramento. É possível alcançar 10 kV, 20 kV ou 30 kV em um nível de voltagem média. Ao mesmo tempo, a corrente direta de compensação é reduzida e é possível usar fontes de corrente comercialmente disponíveis. O transformador neutro de ligação à terra é muito insensível a correntes diretas no ponto neutro, visto que essas correntes são distribuídas de maneira uniforme e não causam nenhuma magnetização adicional do núcleo. Listagem de Referência H Transformador neutro de ligação à terra K, K1, K2, K3 Enrolamento de compensação L Reator de limitação de corrente P1 Ponto neutro dos enrolamentos de compensação K1, K2, K3 P2 Ponto neutro do transformador neutro de ligação à terra H T Unidade de comutação (tiristor)

Claims

1. Aparelho para a redução de um componente de fluxo magnético unidirecional no núcleo de um transformador, em particular, um transformador trifásico, compreendendo uma fonte de corrente controlável (S), um transformador neutro de ligação à terra (H) e uma pluralidade de enrolamentos de compensação (K1, K2, K3), os quais podem ser magneticamente acoplados ao núcleo do transformador, caracterizado pelo fato de que, - a fonte de corrente controlável (S) para introduzir corrente nos enrolamentos de compensação (K1, K2, K3) sendo disposta eletricamente em série com os enrolamentos de compensação (K1, K2, K3), e de maneira específica, com o ponto neutro (P1) dos mesmos, o qual é formado pelas entradas dos enrolamentos de compensação (K1, K2, K3), e - o transformador neutro de ligação à terra (H) é conectado de modo eletricamente condutivo à saídas dos enrolamentos de compensação (K1, K2, K3), e - a fonte de corrente (S) conecta eletricamente o ponto neutro (P1) dos enrolamentos de compensação (K1, K2, K3) e o ponto neutro (P2) do transformador neutro de ligação à terra (H) um com o outro.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um reator de limitação de corrente (L) está eletricamente disposto em série com a fonte de corrente (S).

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende um dispositivo de medição para detectar o componente de fluxo magnético unidirecional, que é conectada a fonte de corrente controlável (S).

4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que um enrolamento de compensação (K1, K2, K3) é provido para cada fase do transformador.

5. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o transformador neutro de ligação à terra (H) compreende enrolamentos em um arranjo em ziguezague.