BR112017009715B1

BR112017009715B1 - Arranjo para reduzir um componente de fluxo unidirecional magnético no núcleo de um transformador

Info

Publication number: BR112017009715B1
Application number: BR112017009715-0A
Authority: BR
Inventors: Peter Hamberger
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2023-01-24
Also published as: US10090098B2; MX361555B; CN107004495B; US20170330682A1; WO2016074846A1; BR112017009715A2; AU2015345483A1; CN107004495A; EP3021335A1; MX2017006027A; CA2966531A1; AU2015345483B2; CA2966531C; EP3021335B1; BR112017009715B8

Abstract

Arranjo para reduzir um componente de fluxo unidirecional magnético (ÓDC) no núcleo (1) de um transformador, compreendendo: um aparelho de medição (7), que provê um sinal de medição (8) correspondendo ao componente de fluxo unidirecional magnético (ÓDC), um enrolamento de compensação (K), que é acoplado magneticamente ao núcleo (1) do transformador, em que o fluxo magnético fluindo no núcleo (1) induz uma voltagem (UK) no enrolamento de compensação, um dispositivo de comutação (5) que é disposto eletricamente em série junto com o enrolamento de compensação (K) em um caminho de corrente (6), um dispositivo de controle, que controla o dispositivo de comutação (5) por meio de um parâmetro de controle (11) de modo que o dispositivo de comutação (5) pode ser comutado para um estado condutivo em um tempo de ativação, em que o tempo de ativação depende do sinal de medição (8) e é síncrono em rede; isto é, síncrono em fase para a voltagem no enrolamento de compensação (K), pelo que uma corrente é suprida ao enrolamento de compensação (K), o efeito do qual é direcionado contra o componente de fluxo unidirecional (ÓDC), em que a unidade de comutação (5) é formada por um núcleo magnético (10) e um arranjo de enrolamento (3, 20).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A invenção refere-se geralmente a transformadores elétricos tais como os usados nas redes de transmissão e distribuição de energia, em particular um arranjo e um método para reduzir um componente de fluxo unidirecional magnético no núcleo de um transformador, compreendendo um aparelho de medição, que provê um sinal de medição correspondendo a um componente de fluxo unidirecional magnético fluindo no núcleo do transformador, enrolamento de compensação, que é acoplado magneticamente ao núcleo do transformador, e uma unidade de comutação, que é disposta eletricamente em série com o enrolamento de compensação em um caminho de corrente a fim de injetar uma corrente dentro do componente de fluxo unidirecional, em que a unidade de comutação pode ser controlada por meio de um parâmetro de controle que é provido por um dispositivo de controle. A presente invenção refere-se ainda a um método para converter um transformador.

TÉCNICA ANTERIOR

[002] Nos transformadores elétricos tais como os usados em redes de transmissão e distribuição de energia, uma injeção indesejada de corrente direta dentro do enrolamento primário e/ou enrolamento secundário pode ocorrer. Tal injeção de corrente direta, também referida como um componente de DC a seguir, pode ser causada por componentes estruturais de eletrônica de potência, tais como os usados atualmente para a ativação de acionamentos elétricos ou para a compensação de potência reativa. Outra fonte pode ser a assim chamada “Corrente Induzida Geomagneticamente” (também abreviada para GIC a seguir). A injeção de DC e GIC também podem ocorrer simultaneamente em um transformador.

[003] Um componente de DC ou um GIC resulta em um componente de fluxo unidirecional magnético no núcleo do transformador, dito componente de fluxo unidirecional estando sobreposto ao fluxo alternativo. Isto dá origem à modulação não equilibrada do material magnético no núcleo, e uma faixa e desvantagens associadas. Mesmo uma corrente direta de somente alguns ampères resulta em um aumento significativo em perdas (por exemplo, 20-30%). Problemas de aquecimento ocorrem no caso de GIC alta em particular. O aquecimento local no transformador pode afetar adversamente a vida útil do isolamento de enrolamento. Emissões de ruído aumentadas também ocorrem durante a operação, e são consideradas particularmente de ruptura se o transformador estiver instalado na proximidade de uma área residencial.

[004] Vários dispositivos que operam ativamente ou passivamente para o fim de compensação de DC e/ou de reduzir os ruídos de operação de um transformador são conhecidos. De acordo com WO 2012/041368 A1, por exemplo, é feito uso da voltagem elétrica que é induzida no enrolamento de compensação, dita voltagem sendo utilizada para compensar o componente de ruptura de fluxo unidirecional magnético. Isto é efetuado por meio de uma unidade de comutação eletrônica que, cronometrando os elementos semicondutores, gera uma corrente de compensação pulsante que é injetada dentro do enrolamento de compensação. O tempo de ativação neste caso é ativado pela fase da voltagem que é induzida no enrolamento de compensação. A duração da ativação é dirigida por um sinal de sensor, que captura o componente de fluxo unidirecional a ser compensado e provê o mesmo como um sinal de medição. Uma fonte de energia separada não é necessária neste caso. Um elemento de comutador pode tomar a forma de um tiristor, por exemplo, que é disparado e então bloqueia novamente automaticamente em corrente zero. O nível da corrente de compensação pode ser ajustado por meio do ângulo de fase.

[005] A vida útil de um elemento semicondutor é, no entanto, muito dependente da temperatura. Os dispositivos de resfriamento são necessários a fim de proteger contra sobrecarga. O aquecimento máximo possível limita a corrente máxima que pode ser roteada através do tiristor. A voltagem elétrica induzida no enrolamento de compensação representa outro problema, e atualmente limita qualquer uso de compensação de DC a 690 V na prática. No caso de transformadores muito grandes tais como os usados para HVDCT (transmissão de corrente direta de alta voltagem), por exemplo, a voltagem por sua vez, no entanto, pode ser muito maior do que 690 V no enrolamento de compensação. O uso de tiristores para 5 kV, 8 kV e mesmo mais é viável atualmente, mas os custos são altos. Os quadros de solução existentes desenvolvidos para compensação de fluxo unidirecional, portanto, cobrem somente o campo de especificações de baixa voltagem. Portanto, as possibilidades existentes de tecnologia de semicondutores permitem somente o uso limitado da compensação de fluxo unidirecional. A confiabilidade também é insatisfatória no caso de sistemas de compensação de DC. Na comparação com a vida útil de um transformador de potência, que é projetado para funcionar confiavelmente durante um número de décadas, a vida útil esperada de um dispositivo de comutação semicondutor incluindo o dispositivo de resfriamento é muito mais curta. No entanto, e particularmente no campo de transformadores de potência, existe uma demanda significativa para a compensação de fluxo unidirecional que é apropriada para uso na prática, irá funcionar confiavelmente durante um período de operação prolongado, é tecnicamente simples no projeto, e pode ser fabricado economicamente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] O objetivo da presente invenção é especificar um arranjo e um método para reduzir um componente de fluxo unidirecional de um fluxo magnético em um núcleo de um transformador, em que confiabilidade máxima pode ser obtida na prática para transformadores em uma rede de transmissão e distribuição de energia, e a realização é tão simples quanto possível. Outro objetivo da invenção é especificar um método para converter ou atualizar um transformador com compensação de fluxo unidirecional.

[007] De acordo com uma idéia fundamental da presente invenção, a fim de gerar a corrente de compensação, a eletrônica de potência usada na técnica anterior é substituída pelos componentes estruturais que são baseados exclusivamente em um princípio operacional magnético.

[008] A invenção toma como seu ponto de partida um arranjo para reduzir um componente de fluxo unidirecional magnético (ΦDC) no núcleo de um transformador, dito arranjo compreendendo: - um aparelho de medição, que provê um sinal de medição correspondendo ao componente de fluxo unidirecional magnético (ΦDC), - enrolamento de compensação, que é acoplado magneticamente ao núcleo do transformador, em que o fluxo magnético fluindo no núcleo induz uma voltagem (UK) no enrolamento de compensação, - um dispositivo de comutação, que é disposto eletricamente em série com o enrolamento de compensação em um caminho de corrente, - um dispositivo de controle, que controla o dispositivo de comutação por meio de um parâmetro de controle de modo que o dispositivo de comutação pode ser comutado a um estado condutivo em um tempo de ativação, em que o tempo de ativação depende do sinal de medição e é síncrono para a rede, isto é, síncrono para a fase para a voltagem no enrolamento de compensação (K), pelo que uma corrente é injetada no enrolamento de compensação (K), o efeito da qual é direcionado contra o componente de fluxo unidirecional (ΦDC).

[009] Diferente dos dispositivos de comutação anteriormente incorporados na tecnologia de semicondutores, o dispositivo de comutação da invenção consiste de um núcleo magnético e de um arranjo de enrolamento que é acoplado magneticamente a dito núcleo; dito arranjo de enrolamento pode consistir somente de um enrolamento de controle e um enrolamento de carga. Uma corrente de controle é injetada dentro do enrolamento de controle, de modo que o estado de saturação magnética do núcleo pode variar por este parâmetro de controle. Por meio da variação do estado de saturação no núcleo, a unidade de comutação pode ser comutada entre um estado condutivo e não condutivo. Deste modo, é possível obter uma função de comutação similar à que foi realizada anteriormente por semicondutores. No que segue, o dispositivo de comutação agindo magneticamente é, portanto, referido também como um comutador “indutivo” ou “magnético”.

[0010] A omissão dos componentes estruturais de eletrônica de potência é uma grande vantagem no contexto de compensação de DC. Por este meio, a confiabilidade do sistema de compensação de DC é aumentada e sua vida útil é comparativamente mais longa. O projeto técnico é muito simples, pode ser realizado a custo muito baixo e é sem desgaste.

[0011] O limite de uso da compensação de fluxo unidirectional pode ser estendido para cima: a voltagem aplicada ao enrolamento de compensação, que é aproximadamente 700 V, representa atualmente um obstáculo na prática para o uso de compensação de fluxo unidirecional apresentando semicondutores, não é mais o limite. A invenção permite o uso de compensação de fluxo unidirecional mesmo em voltagens mais altas e, portanto, em transformadores de potência mais alta, por exemplo, transformadores HVDCT.

[0012] Correntes de compensação comparativamente mais altas podem ser geradas e injetadas dentro do enrolamento de compensação. Até agora, estas correntes de alimentação foram limitadas pela capacidade de potência dos semicondutores, isto é, pela dissipação de potência máxima permitida para o tiristor. Em virtude do arranjo da invenção, o uso é estendido para incluir compensação de GIC.

[0013] Em uma modalidade que é particularmente preferida em relação à simplicidade, pode ser feita provisão para o arranjo de enrolamento a ser formado por um enrolamento de controle, que é conectado à unidade de controle, e um enrolamento de carga, que é integrado dentro do caminho de corrente. Isto resulta em um transdutor, que controla a indutância do enrolamento de carga através da modulação magnética do material de núcleo. Este arranjo de circuito é simples e pode ser produzido a custo muito baixo.

[0014] Uma modalidade pode ser benéfica em que o enrolamento de controle é formado de uma pluralidade de enrolamentos auxiliares que são conectados em série e cujo arranjo é selecionado de modo que a voltagem induzida nos terminais de conexão é zero.

[0015] Uma modalidade pode ser particularmente vantajosa em que o enrolamento de carga é assim configurado como para servir simultaneamente como um dispositivo para limitar a corrente no caminho de corrente, isto é, para agir como um reator no estado condutivo do transdutor. A auto-indutância deste reator é assim dimensionada como para prover uma limitação de corrente no caminho de corrente. Um reator separado é então não mais requerido para o fim de limitação de corrente.

[0016] Também é vantajoso que o dispositivo de comutação consistindo de arranjo de enrolamento e de núcleo magnético possa ser acomodado facilmente dentro do tanque de transformador. O líquido isolante e de resfriamento contido no tanque pode, portanto, ser usado simultaneamente para o resfriamento muito eficaz do enrolamento do dispositivo de comutação. Este resfriamento confiável e fácil permite que o campo de uso seja estendido para incluir correntes de compensação muito altas.

[0017] A invenção também se refere a um método para converter um transformador, em que o núcleo de um transformador tem enrolamento de compensação, ou é equipado com tal enrolamento de compensação durante o curso da atualização. O último pode ser efetuado durante o curso de uma parada para manutenção, em que o líquido de isolamento e de resfriamento é parcialmente purgado e o enrolamento de compensação é montado no núcleo. Em vez de usar um circuito de semicondutor para o fim de gerar a corrente de compensação (IK), é feito inventivamente o uso do dispositivo de comutação “agindo magneticamente” descrito acima. Como um resultado, é facilmente possível reduzir significativamente ou eliminar completamente o componente de fluxo unidirecional retrospectivamente, mesmo no caso de um transformador que já está em operação.

[0018] Quando se atualiza ou converte do mesmo modo, pode ser vantajoso novamente dispor o dispositivo de comutação agindo magneticamente no tanque do transformador, a fim de que o líquido de isolamento e de resfriamento existente resfrie simultaneamente o arranjo de enrolamento do dispositivo de comutação “agindo magneticamente” além dos enrolamentos primário e secundário. Uma vez que o dispositivo de comutação da invenção precisa somente de um volume estrutural modesto, o arranjo dentro do tanque não apresenta um problema.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0019] Em outra explicação da invenção, referência é feita na parte a seguir da descrição dos desenhos, da qual outras modalidades, detalhes e desenvolvimentos vantajosos da invenção podem ser derivados na base de uma modalidade exemplar não restritiva, e em que: a figura 1 mostra um diagrama de bloco esquemático que ilustra geralmente o princípio operacional de uma compensação de fluxo unidirecional compreendendo uma unidade de comutação cronometrada para gerar uma corrente de compensação; a figura 2 mostra uma forma de onda da corrente de compensação no diagrama de bloco esquemático da figura 1; a figura 3 mostra um arranjo compreendendo um comutador magnético que é projetado como um transdutor para a invenção; a figura 4 mostra um diagrama de uma curva B/H que ilustra o princípio operacional do comutador magnético; a figura 5 mostra uma primeira modalidade exemplar do comutador magnético; a figura 6 mostra uma segunda modalidade exemplar do comutador magnético; a figura 7 mostra uma terceira modalidade exemplar do comutador magnético.

MODALIDADE DA INVENÇÃO

[0020] Antes de explicar a modalidade da invenção, uma breve ilustração do princípio operacional da compensação de fluxo unidirecional por meio de um elemento de comutador cronometrado é dada com referência à figura 1 e à figura 2. Na figura 1, o enrolamento de compensação K é retratado como fonte de voltagem UK, isto é, o fluxo alternativo de carga passando através do enrolamento de compensação K induz no mesmo uma voltagem UK que está presente nos terminais K1, K2 do enrolamento de compensação K. Esta voltagem UK é usada como uma fonte de energia para gerar uma corrente de compensação IK. Não há nenhuma fonte de energia separada. A geração da corrente de compensação é efetuada por uma unidade de comutação cronometrada 5. Esta unidade de comutação 5 é situada em série com o enrolamento de compensação K em um caminho de corrente 6. Um reator 2 também está situado no caminho de corrente 6. O reator 2 é usado para limitar a corrente i no caminho de corrente 6, limitando especificamente o aumento da corrente no momento do fechamento em virtude de sua indutância L. A fim de compensar um componente de fluxo unidirecional magnético ΦDC no núcleo 1 do transformador, o comutador 5 é cronometrado por uma unidade de controle 9 em um modo que é síncrono para a rede, mas pode variar no tempo de ativação, de modo que uma corrente elétrica com vibrações harmônicas é produzida no caminho de corrente 6, dita corrente elétrica contendo um componente direto que neutraliza o fluxo unidirecional ΦDC no núcleo do transformador. Como mencionado anteriormente, não é necessário quando se usa este princípio operacional prover uma fonte de energia externa na forma de uma bateria ou capacitor, na medida em que a energia chega a partir da voltagem induzida UK por si mesma. A unidade de comutação 5 pode ser formada de semicondutores, como divulgado, por exemplo, no documento WO 2012/041368 A1 citado na introdução. Os tiristores no controle de ângulo de fase são apropriados para este fim, sendo disparados em um ângulo de fase específico e bloqueando contra automaticamente em corrente zero. O nível de corrente direta pode ser ajustado através do ângulo de fase, isto é, por meio do tempo de ativação.

[0021] A figura 2 mostra a característica de tempo da corrente direta pulsante. A voltagem U(t)=UK seno(w*t) está presente nos terminais K1, K2. O comutador é aberto e, portanto, i=0 até o ponto de tempo de disparo tx. Após o ponto de tempo de disparo tx, o comutador 5 é fechado e permanece fechado até a próxima corrente zero (T-tx). As características de tempo da corrente no intervalo [tx, T-tx] é i(t)=UK/w*L (cos(w*tx) - cos(w*t).

[0022] A operação do “comutador magnético” é explicada em maior detalhe abaixo.

[0023] A figura 3 mostra uma modalidade exemplar do arranjo da invenção para a compensação de um componente de fluxo unidirecional magnético ΦDC no núcleo 1 de um transformador, que não é mostrado em detalhe. Uma seção do núcleo magneticamente mole 1, acoplado ao enrolamento de compensação K, pode ser vista na figura 3. Além disso, para o fluxo alternativo, um fluxo unidirecional magnético de ruptura ΦDC também flui proporcionalmente no núcleo 1.

[0024] A fim de compensar este componente de fluxo unidirectional ΦDC, ele primeiro deve ser identificado em relação ao nível e direção. Uma possibilidade para medir o componente de fluxo unidirecional ΦDC é proposta em PCT/EP2010/054857, por exemplo, que opera na forma de um “desvio magnético”: parte do fluxo magnético principal no núcleo de transformador é desviada por meio de uma peça de derivação ferromagnética e alimentada de volta novamente a jusante. A resistência do campo magnético na seção de núcleo que é desviada pelo braço de derivação pode ser determinada tanto diretamente ou indiretamente desta peça de fluxo desviada que é roteada na derivação do núcleo. Esta captura de resistência do campo magnético ou funções de excitação magnéticas funcionam confiavelmente e são altamente apropriadas para uso em longo prazo. No entanto, outros métodos são apropriados.

[0025] A fim de reduzir o efeito de um componente de fluxo unidirecional ΦDC, o dispositivo de comutação é conectado inventivamente aos terminais K1 e K2 na figure 3, em que uma corrente de compensação IK pode ser gerada e injetada dentro do enrolamento de compensação K por meio de dito dispositivo de comutação sem uma fonte de energia externa. Em contraste com a técnica anterior, este dispositivo não tem nenhum componente estrutural de eletrônica de potência. Ele consiste essencialmente de um transdutor de potência de controle de corrente 4. Este transdutor 4 age como um comutador cronometrado, isto é, seu enrolamento de controle 3 recebe uma corrente de controle 11 que pode variar em nível e é ativada pela rede, deste modo obtendo uma função de comutação no caminho de corrente 6. Três indutâncias 20, 2 and K são dispostas em uma conexão em série elétrica no caminho de corrente 6, dito arranjo sendo representado esquematicamente em vez de simbolicamente na figura 3.

[0026] Na modalidade prática, os grupos de componentes abaixo da linha de traço-ponto na ilustração de acordo com a figura 3 estão situados não no espaço interno 14 do tanque de transformador, mas no exterior.

[0027] O reator de limite de corrente 2 e o enrolamento de carga 20 do transdutor 4 também podem ser combinados para formar uma indutância L.

[0028] A geração e injeção da corrente de compensação IK dentro do enrolamento de compensação K são explicadas em maior detalhe abaixo.

[0029] Como declarado acima, a geração da corrente de compensação IK é efetuada pelo dispositivo de comutação agindo magneticamente 5 no modo de um transdutor. Isto consiste essencialmente de um arranjo de enrolamento 3, 20 formado de um enrolamento de controle 3 e um enrolamento de carga 20 que são acoplados a um núcleo magnético 10. O núcleo 10 é fechado e não tem nenhuma lacuna de ar. O material magnético no núcleo 10 é pré- magnetizado por meio da corrente de controle 11 fluindo no enrolamento de controle 3, isto é, modulado entre os estados de saturação e de não saturação.

[0030] A figura 4 ilustra o princípio operacional do dispositivo de comutação com referência à curva B/H do núcleo 10. As linhas contínuas mostram o estado não disparado, enquanto as linhas quebradas mostrado o estado conectado através:

[0031] Se o núcleo 10 não é saturado, isto é, a indutância é alta, a impedância é alta e somente uma corrente de excitação muito pequena I0 flui no caminho de corrente 6. O comutador 5 pode ser considerado como em bloqueio ou aberto.

[0032] Se iniciando no ponto de tempo tx o núcleo 10 é parcialmente depois totalmente (ver o ponto Px na figura 4) saturado por meio do enrolamento de controle 3, a indutância diminui significativamente e uma corrente IK crescente começa a fluir no caminho de corrente 6. O fluxo que é ligado a esta corrente IK faz com que o material do núcleo 10 magnético permaneça saturado, de modo que o disparo inicial pela corrente 11 do enrolamento de controle 3 não é mais necessário e pode ser desativado. (Esta característica fundamental é similar a um tiristor: uma vez que foi disparado, o tiristor não pode ser mais controlado, em particular desativado, através da interface de controle.) Neste estado, o dispositivo de comutação 5 está, portanto, em um estado condutivo, isto é, o comutador 5 é fechado. Este estado conectado através continua até a corrente alternativa zero ser alcançada. O fluxo de corrente é então interrompido e o comutador 5 deve ser disparado novamente para uma ação de comutação subsequente. O reator 2 é usado para limitação de corrente no estado conectado através de ligação.

[0033] Dependendo do nível e direção da corrente de compensação IK que é requerida para a compensação de GIC ou DC, o tempo de ativação tx é controlado de modo que o valor médio aritmético resultante da corrente pulsante no enrolamento de compensação K realiza o feito de compensação ΦDC desejado. O tempo de ativação tx determina a extensão do efeito de compensação de GIC ou DC. Este processo de “disparo” ou de ativação é ativado em um modo síncrono para a fase, isto é, síncrono para a voltagem no enrolamento de compensação K. A injeção de corrente dentro do enrolamento de controle 3 é, portanto, similar à comutação condutiva de um semicondutor, por exemplo, o disparo de um tiristor. Como no caso de um tiristor, o “disparo” é seguido por um fluxo de corrente que expira automaticamente novamente. O comutador magnético 5 inicialmente permanece saturado até a corrente zero ou quase na corrente zero, quando a saturação do circuito ferromagnético tiver terminado novamente. O comutador magnético então tem uma alta indutância novamente e pode ser considerado como em bloqueio, isto é, como um comutador aberto em termos de seu estado de comutação.

[0034] Como ilustrado acima, a injeção da corrente de controle 11 é síncrona para a rede, enquanto o nível e direção da corrente de controle 11 são especificados de acordo com o componente de fluxo unidirecional magnético ΦDC que deve ser compensado. Portanto, dois sinais são supridos ao dispositivo de controle 9 sobre o lado de entrada: primeiramente a voltagem induzida UK que está presente nos terminais K1, K2 do enrolamento de compensação K e da qual o tempo de ativação pode ser especificado em um modo síncrono para a rede, isto é, síncrono para a fase para a voltagem UK no enrolamento de compensação, e, em segundo lugar, um sinal de medição 8 que chega de um aparelho de medição 7 que detecta o componente de fluxo unidirecional magnético ΦDC. A captura e processamento destes dois sinais 8, 14 são conhecidos e podem ser transferidos a partir do documento citado PCT/EP2010/054857, por exemplo.

[0035] O comutador 5 agindo magneticamente pode ser incorporado variavelmente:

[0036] A figura 5 mostra uma primeira variante de modalidade possível do comutador 5 de acordo com a invenção. É ilustrado um núcleo 10 exemplar da unidade de comutação 5 na forma de um núcleo de luva de fase única. Por questão de simplicidade, a figura 5 mostra somente a metade simétrica do lado direito. O membro central 12 suporta o enrolamento de carga 20 do transdutor 4. O enrolamento de controle 3 e o enrolamento de carga 20 são acoplados magneticamente juntos através do núcleo 10. O enrolamento de controle 3 consiste de uma pluralidade de enrolamentos individuais ou enrolamentos auxiliares 3a, 3b, 3c, 3d. Estes enrolamentos auxiliares 3a, 3b, 3c, 3d estão dispostos acima e abaixo da janela 13 do núcleo de membro 1. Eles estão interconectados nas extremidades de seus enrolamentos de modo que o material magnético do núcleo 10 pode ser comutado entre saturado e não saturado de acordo com a direção de corrente direta no arranjo de enrolamento auxiliar 3a, 3b, 3c, 3d.

[0037] A figura 6 mostra uma segunda variante de um transdutor, em que dois enrolamentos auxiliares 3a, 3b estão dispostos no topo na janela e são conectados em série com as direções de enrolamento opostas, mas o mesmo número de voltas. O fluxo Φh no transdutor 5 induz uma voltagem que então importa em zero. Isto ajuda a injeção da corrente de controle 11.

[0038] A figura 7 mostra uma terceira variante de modalidade de um transdutor, em que a saturação no núcleo 10 do transdutor 4 varia por meio de um enrolamento de controle ou enrolamento auxiliar 3 e através de uma lacuna de ar L, de acordo com o comportamento de comutação desejado. Em virtude do acoplamento através da lacuna de ar, a injeção de corrente de enrolamento auxiliar pode ser desativada usando a voltagem induzida mínima.

[0039] Como declarado acima, o dispositivo de comutação 5 sem semicondutor, de acordo com a invenção tem a vantagem significativa de que maior confiabilidade e segurança operacional podem ser obtidas. A invenção permite que a tecnologia de DCC (Compensação de Corrente Direta) seja usada nos transformadores em uma classe de potência muito alta. Uma voltagem comparativamente alta no enrolamento de compensação pode ser gerenciada com despesas técnica modesta. O uso não é mais limitado para voltagens dentro das especificações de baixa voltagem, isto é, até 690 V. O transdutor de potência pode ser utilizado para a compensação de GIC, onde correntes comparativamente altas de compensação são exigidas. Isto não foi anteriormente possível, uma vez que o uso de tiristores não é somente tecnicamente limitado decido à dissipação de potência, mas também é difícil de justificar financeiramente. Além do mais, é difícil garantir a confiabilidade necessária durante um período de operação prolongado usando um dispositivo de comutação de semicondutor. Um dissipador de calor grande e possivelmente um ventilador de resfriamento, normalmente essenciais para elementos de comutação de semicondutor, não é necessário devido ao arranjo no espaço interno do tanque.

[0040] Também é vantajoso que o comutador de acordo com a invenção possa ser instalado no tanque de transformador, que tem a vantagem de resfriamento de líquido. Resfriamento eficaz e confiável permite o uso de compensação de fluxo unidirecional nos transformadores de potência muito alta, por exemplo, transformadores HVDCT.

[0041] Para o fim de gerar a corrente de compensação, a voltage que é induzida no enrolamento de compensação serve como uma fonte de energia. Um armazém de energia separado tal como uma bateria ou um capacitor não é necessário.

[0042] Também é vantajoso que o dispositivo de comutação de acordo com a invenção seja formado grandemente de materiais que também podem ser de outro modo usados na construção de transformadores (fios de enrolamento isolados, materiais de núcleo magneticamente moles). A manipulação destes materiais é familiar ao fabricante de um transformador. Os custos de fabricação são significativamente mais baixos em comparação com uma apresentação de solução de semicondutores. Em comparação com um comutador de semicondutor, que deve ser estimada ter uma vida útil de menos do que 15 anos. O “comutador indutivo” de acordo com a invenção tem uma vida útil comparativamente mais longa. Os transformadores elétricos que são usados nas redes de suprimento e distribuição de energia são mercadorias capitais em longo prazo para as quais uma vida útil longa e alta confiabilidade são exigidas. Sempre buscando a confiabilidade e vida útil longa, os clientes, isto é, os operadores de rede, dão as boas-vindas à omissão de componentes estruturais de eletrônica de potência.

[0043] Pode ser dito em resumo que a eletrônica de potência se torna obsoleta pela invenção e pode ser completamente substituída por uma solução. A fim de compensar um componente de fluxo unidirecional, não há mais uma necessidade de componentes de semicondutores, e somente eletrônica de controle para modular o dispositivo de comutação e o aparelho de medição para capturar o componente de fluxo unidirecional são necessários. LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA USADOS 1 Núcleo de um transformador 2 Reator de corrente de limite 3 Enrolamento de controle 3a, 3b, 3c, 3d Enrolamento auxiliar 4 Transdutor 5 Dispositivo de comutação 6 Caminho de corrente 7 Aparelho de medição 8 Sinal de medição 9 Dispositivo de controle 10 Núcleo 11 Parâmetro de controle, corrente de controle 12 Membro central de 10 13 Janela 14 Espaço interno 20 Enrolamento de carga K Enrolamento de compensação K1, K2 Terminais do enrolamento de compensação K3, K4 Terminais do enrolamento de controle UK Voltagem induzida no enrolamento de compensação IK Corrente de compensação I0 Corrente de magnetização ΦDC Componente de fluxo unidirecional Φh Fluxo magnético em 4 B Densidade de fluxo H Resistência de campo U Voltagem T, t Tempo L Indutância

Claims

1. Arranjo para reduzir um componente de fluxo unidirecional magnético (ΦDC) no núcleo (1) de um transformador compreendendo, - um aparelho de medição (7), que provê um sinal de medição (8) correspondendo ao componente de fluxo unidirecional magnético (ΦDC), - um enrolamento de compensação (K), que é acoplável magneticamente ao núcleo (1) do transformador, sendo que o enrolemanto de acoplamento (K) é disposto de tal modo, que o fluxo magnético fluindo no núcleo (1) induz uma voltagem (UK) no enrolamento de compensação (K), - um dispositivo de comutação (5), que é disposto eletricamente em série com o enrolamento de compensação (K) em um caminho de corrente (6), - um dispositivo de controle (9), que controla o dispositivo de comutação (5) por meio de um parâmetro de controle (11), de modo que o dispositivo de comutação (5) pode ser comutado em um estado condutivo em um tempo de ativação, sendo que o tempo de ativação depende do sinal de medição (8) e é síncrono em fase para a voltagem (UK) no enrolamento de compensação (K), pelo que uma corrente de compensação (IK) é alimentada no enrolamento de compensação (K), o efeito da qual é direcionado contra o componente de fluxo unidirecional (ΦDC), - o dispositivo de comutação (5) sendo formado por um núcleo magnético (10) e um arranjo de enrolamento (3,20) que é acoplado magneticamente a este núcleo (10), - o parâmetro de controle (11) sendo suprido ao arranjo de enrolamento (3,20), de modo que o estado de saturação magnético do núcleo (10) pode variar, pelo que o estado condutivo da unidade de comutação (5) pode ser produzido, caracterizado por o arranjo de enrolamento (3, 20) ser formado de um enrolamento de controle (3), que é conectado ao dispositivo de controle (9) para o fim de introduzir uma corrente de controle, e um enrolamento de carga (20), que é integrado no caminho de corrente (6).

2. Arranjo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o enrolamento de carga (20) também ser configurado como um dispositivo para limitar a corrente no caminho de corrente (6).

3. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o dispositivo de comutação (5) estar disposto no espaço interno (14) de um tanque de transformador que é preenchido com um líquido isolante e de resfriamento.