BRPI0715709B1

BRPI0715709B1 - Comutador de desvio

Info

Publication number: BRPI0715709B1
Application number: BRPI0715709-6A
Authority: BR
Inventors: Petter Nilsson; Robert L. Hirt; Hans Johansson; Mats Carlsson; Lars Johnsson
Original assignee: Abb Technology Ltd.
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2019-04-02
Also published as: TR201903106T4; US20110031220A1; AU2007288182B2; US8367951B2; CN101506921A; AU2007288182B8; EP2054903A2; UA100229C2; BRPI0715709B8; WO2008024417A3; WO2008024417A2; PL2054903T3; RU2009109328A; EP2054903B1; AU2007288182A2; AU2007288182A1; ES2715046T3; RU2470402C2; CN101506921B; BRPI0715709A2

Abstract

patente de invenção: "comutador de desvio". a presente invenção refere-se a um comutador de desvio (24) que compreende uma interface configurada para casar com uma interface de comutador de desvio dentro de uma carcaça de comutador de derivação (12) existente em um tanque do transformador (10) e cheio de um líquido isolante, para permitir modernização do comutador de desvio (24); contatos principais; contatos de transição; e um comutador a vácuo colocado para apagar o arco quando de comutação entre os contatos principais e os contatos de transição. o objetivo da presente invenção é o de fornecer um comutador de desvio que compreende uma interface para casar com uma carcaça de comutador de derivação existente para permitir modernização do comutador de desvio.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para COMUTADOR DE DESVIO.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO [001] Transformadores de alta voltagem e de media voltagem são amplamente utilizados hoje em distribuição de energia elétrica. Utilizando os aspectos magnéticos de correntes elétricas eles transferem energia entre dois ou mais circuitos elétricos CA incompatíveis. Com isto, energia de uma planta de energia pode ser transportada por uma pequena corrente de voltagem muito elevada e então é escalonada para baixo para uma grande corrente de baixa voltagem antes de alcançar clientes.

[002] Autoridades de suprimento têm a obrigação para com seus clientes de manter a voltagem de suprimento entre certos limites. Um comutador de derivação é um dispositivo utilizado em um transformador para regulação da voltagem de saída do transformador dentro destes limites. Normalmente isto é conseguido trocando as relações dos transformadores do sistema, alterando o número de espiras em um enrolamento dos transformadores apropriados. Esta relação determina a relação de voltagem entre os enrolamentos e é essencial para a estabilização da voltagem da rede sob condições de carga variáveis. O comutador de derivação troca a relação de espiras entre enrolamentos em um transformador. Um comutador de derivação em carga (OLTC) normalmente tem uma faixa de regulação de ±20% da voltagem de linha total; a regulação é realizada grosseiramente em 9 até 35 etapas e operada 10 a 20 vezes por dia em aplicações normais de rede. Para sistemas de grande demanda, tais como fornos de fundição, pode haver centenas de tais operações por dia.

[003] Uma carga mais baixa no sistema pode, por exemplo, requerer que operações de comutação de derivação diminuam o número de espiras no enrolamento. Isto resulta, finalmente, em uma voltagem

Petição 870190009211, de 29/01/2019, pág. 5/27

2/12 de saída aumentada quando comparada a se nenhuma comutação de derivação fosse realizada.

[004] Além da aplicação descrita, comutadores de derivação também podem ser utilizados em conexão com outros dispositivos de energia indutiva, tais como reatores. Comutadores de derivação ou são em carga, isto é, operando enquanto o transformador está energizado, ou sem carga, e existe uma ampla faixa de modelos disponíveis. Um comutador de derivação compreende, geralmente, um número de comutadores para comutação de derivação e um número de resistores ou outras impedâncias para impedir curto-circuito. Além disto, o comutador de derivação tipicamente é cheio com um líquido isolante tal como óleo, que além de isolamento proporciona resfriamento do dispositivo.

[005] Existe também uma grande demanda por comutadores de derivação utilizados em transformadores industriais, em retificadores e aplicações de forno. Em algumas aplicações o comutador de derivação pode realizar diversas centenas de milhares de operações de comutação por ano. Transformadores de Deslocamento de Fase (Gerenciamento de fluxo de energia em redes CA) e Transformadores para transmissão de Corrente Contínua de Alta Voltagem (para transmissão a longa distância e acoplamento de redes não sincronizadas) são duas outras áreas onde existe uma ênfase em regulação de voltagem.

[006] Como exemplos do estado da técnica podem ser citados os documentos GB1293060 e US2004032699.

[007] Utilidades de energia através de todo o mundo estão buscando melhorar constantemente a economia e desempenho técnico de seus ativos. Desnecessário dizer que os dois andam de mãos dadas e devido à dimensão dos investimentos requeridos e a expectativa de longa vida de instalações de rede de energia, existe um ceticismo sadio na indústria para tecnologias novas e não provadas. A emergência

Petição 870190009211, de 29/01/2019, pág. 6/27

3/12 de tecnologia a vácuo madura é uma resposta para a necessidade para a utilização mais eficiente de ativos.

[008] Assim sendo, um dos objetivos da presente invenção é fornecer um comutador de derivação que pode ser reaparelhado com um comutador a vácuo, de modo que a degradação do líquido de isolamento pelos arcos é reduzida. Neste sentido, posiciona-se um comutador de desvio dentro do tanque do transformador, em um comutador de derivação cheio de líquido de isolamento quente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [009] Modalidades da presente invenção fornecem um comutador de desvio que compreende uma interface para casar com uma carcaça de comutador de derivação existente para permitir modernização do comutador de desvio; contatos principais; contatos de transição, uma montagem de resistor de transição acoplado aos contatos de transição, um módulo de resistor de transição que tem uma interface para casar com a montagem de resistor de transição no qual uma pluralidade de módulos de resistor de transição podem ser acoplados juntos.

[0010] Uma outra modalidade da invenção fornece um comutador de desvio a um comutador de derivação, o comutador de desvio compreendendo: contato principal, contatos de transição, um comutador de vácuo colocado para apagar arco ao comutar entre os contatos principais e os contatos de transição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0011] Os desenhos que acompanham, que são aqui incorporados e fazem parte da especificação, ilustram modalidades da presente invenção e, juntamente com a descrição, servem ainda para explicar os princípios de modalidades da invenção.

[0012] A figura 1 é um diagrama de um transformador de acordo com uma modalidade tomada como exemplo da presente invenção.

[0013] A figura 2 é um diagrama de um transformador de acordo

Petição 870190009211, de 29/01/2019, pág. 7/27

4/12 com uma modalidade tomada como exemplo da presente invenção. [0014] A figura 3 é um diagrama de um comutador a vácuo de acordo com uma modalidade tomada como exemplo da presente invenção.

[0015] A figura 4 é um diagrama de uma interface de acordo com uma modalidade tomada como exemplo da presente invenção.

[0016] As figuras 5A-5C são diagramas de um garfo de levantamento de acordo com uma modalidade tomada como exemplo da presente invenção.

[0017] A figura 6 é um diagrama de uma haste de levantamento de acordo com uma modalidade tomada como exemplo da presente invenção.

[0018] Deveria ser entendido que estas figuras delineiam modalidades da invenção. Variações destas modalidades serão evidentes a pessoas versadas nas técnicas relevantes, com base nos ensinamentos aqui contidos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0019] Modalidades da invenção estão discutidas em detalhe abaixo. Ao descrever modalidades, terminologia específica é empregada para efeito de clareza. Contudo, a invenção não tem a intenção de estar limitada à terminologia específica assim selecionada. Embora modalidades específicas tomadas como exemplo sejam discutidas, deveria ser entendido que isto é feito apenas para finalidades de ilustração. Uma pessoa versada na técnica relevante irá reconhecer que outros componentes e configurações podem ser utilizados sem se afastar do espírito e escopo da invenção.

[0020] Modalidades da invenção fornecem um comutador de desvio que utiliza vácuo com base em tecnologia de comutação, por exemplo, comutadores a vácuo. Modalidades podem também fornecer um comutador de desvio modular, isto é, um comutador de desvio no

Petição 870190009211, de 29/01/2019, pág. 8/27

5/12 qual partes do comutador de desvio podem ser trocadas para permitir a adaptação sob medida de um comutador de desvio básico. Por exemplo, entre outras partes resistores de transição modulares podem ser fornecidos. Os resistores de transição modulares podem ser comutados ou conectados em diferentes arranjos para fazer sob medida o comutador de desvio básico.

[0021] Modalidades também podem fornecer um comutador de desvio que tem uma interface mecânica e elétrica que seja compatível com os projetos existentes. O aspecto onde a interface mecânica e elétrica é compatível possibilita uma modernização de Comutadores de Derivação em Carga tradicionais para Comutadores de Derivação em Carga baseados em vácuo. O comutador de desvio pode ser modernizado para carcaças de comutador de derivação existentes. Modernização de tradicional para baseado a vácuo, tradicional para baseado a vácuo com elevação de classificação e elevação de classificação de vácuo podem ser possíveis.

[0022] Benefícios do comutador de desvio descrito podem incluir classificações elétricas mais elevadas com a mesma dimensão física, vida de contato mais longo na mesma carga classificada e também tempo aumentado com base em intervalos de manutenção, devido à poluição reduzida e destruição do óleo. Adicionalmente, a manutenção de partes de acionamento ao mesmo tempo elétrico e mecânico são principalmente encontradas no comutador de desvio. Mudando para um comutador de desvio baseado a vácuo pode ser possível prolongar intervalos entre manutenção e também potencialmente remover a necessidade por troca de contato (dependendo da aplicação e do número total de operações durante a vida).

[0023] A figura 1 é uma ilustração esquemática de um transformador com um sistema de comutador de derivação que pode ser utilizado com modalidades da presente invenção. Um tanque de transformador

Petição 870190009211, de 29/01/2019, pág. 9/27

6/12 que compreende um comutador de derivação 12 está mostrado. O comutador de derivação ilustrado 12 é suspenso de uma cobertura de transformador 14, porém outros comutadores de derivação 12 podem ser arranjados do lado de fora do tanque do transformador 10. Ambos, o tanque de transformador 10 e o comutador de derivação 12 são cheios com um líquido isolante, preferivelmente óleo, armazenado em um conservador de óleo 16. Para evitar contaminação do óleo do transformador, por exemplo, de formação de arco que será descrita abaixo, o comutador de derivação 12 tem uma carcaça estanque que separa seu líquido isolante do líquido isolante do transformador. Energia para operar o comutador de derivação 12 é fornecida a partir de um mecanismo acionado por motor 18, que é montado no lado de fora do tanque do transformador 10. A energia é transmitida por meio de eixos 20 e engrenagens cônicas 22.

[0024] A figura 2 é uma vista esquemática de um comutador de derivação em carga, que pode ser utilizado com modalidades da presente invenção. O comutador de derivação ilustrado 12 é formado de duas partes principais, um comutador de desvio 24 e um seletor de derivação 26 interrelacionados por meio de conexões 30. O comutador de desvio 24 pode incluir uma carcaça superior convencional 28.

[0025] Na operação do comutador de derivação existem aberturas de contato no comutador de desvio 24 durante a sequência de comutação de derivação. Quando os contatos abrem, a voltagem alta dá origem à formação de arco. Em uma operação de comutação com sucesso, a vida de um arco é completada dentro de meio ciclo (máximo de 10 milissegundos a 50 Hz). Em comutadores de derivação tradicionais, a formação de arco tem lugar dentro do líquido isolante e provoca degradação térmica do líquido isolante, o que resulta em formação de volumes cheios com gás. Uma consequência disto é que a formação de gás por sua vez conduz a mudanças súbitas de pressão no líquido

Petição 870190009211, de 29/01/2019, pág. 10/27

7/12 isolante. Uma outra consequência da degradação térmica é que o líquido isolante é contaminado.

[0026] Como observado acima, modalidades tomadas como exemplo da presente invenção fornecem um comutador de desvio que inclui um comutador a vácuo tal como um interruptor a vácuo. Em uma modalidade tomada como exemplo da invenção, a formação de arco que tem lugar durante comutação de derivação é agora apagada no comutador a vácuo ao invés de no líquido isolante como é o caso em comutadores de desvio tradicionais. Assim, a formação de arco tem lugar dentro do comutador a vácuo. Isto pode reduzir ou eliminar a degradação do óleo isolante e custos de manutenção associados. Em adição, interruptores a vácuo têm diversas vantagens técnicas graças à sua recuperação dielétrica rápida. Isto facilita a melhor otimização de comutadores de derivação para cada aplicação e assim melhora a efetividade em custo e reduz a dimensão global do transformador. Vantagens de comutadores a vácuo podem incluir a capacidade melhorada de apagar arco em aplicações demandantes, tais como transformadores de deslocamento de fase, reatores em série, transformadores industriais e transformador SVC.

[0027] Modalidades da presente invenção fornecem um comutador de desvio que utiliza os comutadores a vácuo. A formação de arco descrita acima é confinada dentro dos comutadores a vácuo. Isto melhora a operação e longevidade do comutador de derivação. Tipicamente, manutenção e substituição de comutadores de derivação depende do tempo e número de operações de comutação. O fator tempo é principalmente dependente de poluição e degradação das capacidades isolantes do óleo do comutador de derivação. As capacidades de poluição e isolamento do óleo são dependentes do teor de partículas e de umidade, ambos os quais podem ser reduzidos tendo os arcos elétricos encerrados no comutador a vácuo. O número de fatores de ope

Petição 870190009211, de 29/01/2019, pág. 11/27

8/12 rações está amplamente relacionado ao desgaste do contato de formação de arco. A taxa de desgaste é reduzida quando a formação de arco ocorre no comutador a vácuo onde parte do metal que evapora durante a formação de arco se condensa de volta no contato.

[0028] A figura 3 ilustra um exemplo de um comutador a vácuo que pode ser utilizado em um comutador de desvio tomado como exemplo. O comutador a vácuo pode incluir uma primeira extremidade e uma segunda extremidade. Um terminal 31 pode ser colocado na primeira extremidade e uma haste 39 na segunda extremidade. Ambos, o terminal 31 e a haste 39 se estendem a partir de uma carcaça do comutador a vácuo. A carcaça pode ser formada por uma tampa de interruptor 34 que é acoplada a um isolador cerâmico 36, uma segunda tampa de interruptor 40 pode ser formada ao redor da haste 39 para vedar o comutador a vácuo. Proteção torcida 32 pode ser fornecida na primeira extremidade do comutador a vácuo ao redor do terminal 31, para vedar o comutador a vácuo. O terminal 31 pode ser conectado a um fole metálico 33. O fole metálico 33 pode ser acoplado a uma proteção 35. Contatos 38 podem ser arranjados dentro da carcaça do comutador a vácuo. A formação de arco que ocorre durante comutação é entre estes contatos dentro do comutador a vácuo. Um dos dois contatos 38 é acoplado à haste 39. Uma proteção 37 pode ser colocada dentro da carcaça ao redor dos contatos 38.

[0029] Um comutador de desvio pode ser modernizado em carcaça de comutador de derivação existente. Por exemplo, o comutador de derivação ilustrado na figura 1 inclui uma carcaça que abriga o comutador de desvio. O comutador de desvio existente dentro da carcaça 45 pode ser removido e substituído por um comutador de desvio baseado a vácuo. O comutador de desvio baseado a vácuo substituto pode simplesmente ser deslizado para o interior da carcaça 45 e conectado no lugar. Como tal, o comutador de desvio substituto deveria ser capaz

Petição 870190009211, de 29/01/2019, pág. 12/27

9/12 de interfacear as conexões existentes na carcaça.

[0030] A figura 4 ilustra um exemplo de uma interface para um comutador de desvio localizado dentro da carcaça do comutador de derivação. Naturalmente outras interfaces são possíveis, dependendo da implementação específica. A figura 4 ilustra uma vista do interior da carcaça do comutador de derivação na interface para um comutador de desvio. Pode haver um número de interfaces mecânicas e elétricas para o comutador de desvio. Em uma modalidade tomada como exemplo, a interface mecânica pode incluir três furos 47 para pinos guia correspondentes (não mostrado) no comutador de desvio. Os pinos guia no comutador de desvio se ajustam nestes três furos 47 para ajudar a prender o comutador de desvio dentro da carcaça. Um disco de acionamento 49 também pode ser fornecido na interface. O disco de acionamento 49 transfere o movimento rotativo do motor de acionamento para o comutador de desvio. Um tubo de óleo 51 é também fornecido ao longo de uma parede da carcaça. Este tubo de óleo 51 pode ser utilizado como uma guia durante a montagem do comutador de desvio. Uma nervura de fibra de vidro também pode ser fornecida ao longo da parede de carcaça. Esta nervura também pode ser utilizada como uma guia durante a montagem do comutador de desvio. Em alguns casos, uma nervura de fibra de vidro pode não estar presente, por exemplo, em versões de UCGs mais antigas. O comutador de desvio a vácuo pode ser travado em posição como em UCG tradicional. Por exemplo, por meio de molas de compressão em um garfo de levantamento.

[0031] Um exemplo de um garfo de levantamento está mostrado na figura 5. Em modalidades da invenção nenhuma ferramenta especial é necessária para prender o comutador de desvio em uma posição correta. A força para baixo a partir das molas de compressão montadas verticalmente no topo do garfo de levantamento deveriam ser sufi

Petição 870190009211, de 29/01/2019, pág. 13/27

10/12 cientes. O garfo de levantamento também pode apresentar quatro asas extra para impedir montagem errada do comutador de desvio na carcaça. Daí a cobertura da carcaça não pode ser apertada se o pino de acionamento no comutador de desvio estiver fora da fenda do disco de acionamento.

[0032] Em uma modalidade tomada como exemplo a interface elétrica para o comutador de desvio pode incluir dois contatos de encaixe inferiores para o ponto neutro. Estes contatos são acoplados eletricamente a contatos correspondentes no comutador de desvio. Adicionalmente, seis contatos de encaixe 55 para as fases também podem ser fornecidos. Dois contatos 55 para cada fase podem ser fornecidos. [0033] O aspecto de interface torna possível trocar de tecnologia de comutação tradicional para baseada em vácuo sem grande interferência com o transformador. A mudança pode ser feita em menos tempo do que para uma manutenção normal, uma vez que nenhuma limpeza do comutador de desvio antigo é necessária. Sem o aspecto de interface pode, na maior parte dos casos, ser necessário drenar o transformador para realizar a troca. Assim, modalidades da invenção fornecem um comutador de desvio baseado a vácuo para modernização.

[0034] Modalidades adicionais podem fornecer um comutador de desvio que pode servir a uma ampla faixa de classificações e aplicações com pequenas mudanças no comutador de desvio como possível. Por exemplo, o comutador de desvio pode ser projetado com partes que são facilmente substituíveis. Em uma modalidade tomada como exemplo da invenção, a classificação e a faixa de aplicação do comutador de derivação podem ser modificadas. Isto pode ser feito trocando diversas partes do comutador de desvio. Na modalidade divulgada, um ou mais resistores de transição, hastes de levantamento ou conexões, podem ser trocadas. Cada uma das mudanças pode ser

Petição 870190009211, de 29/01/2019, pág. 14/27

11/12 feita no local ou por meio de um cliente com o suporte de ferramentas padrão e instruções.

[0035] Como descrito resumidamente acima, os resistores de transição podem ser fornecidos como módulos de resistores. Os módulos podem incluir o mesmo número efetivo de resistores ou os módulos podem ser diferentes um do outro. Os transistores resistores podem ser trocados para trocar a classificação de carga do comutador de derivação. O comutador de desvio pode ser fornecido com uma montagem padronizada para acomodar os módulos de resistores de transição. Cada um dos módulos de resistores de transição é adaptado para interfacear com a montagem padronizada, permitindo a substituição fácil dos módulos de resistores de transição. A montagem padronizada pode ser descartada. Os módulos de resistores de transição podem ser montados com número diferente de módulos de resistores e diferentes conexões entre os módulos, dependendo da voltagem escalonada e corrente classificada.

[0036] Modalidades da invenção também fornecem um comutador de desvio que pode incluir uma montagem padronizada para hastes de levantamento. As hastes de levantamento podem ser trocadas para mudar para a classificação de isolamento do comutador de derivação. Hastes de levantamento de diversos comprimentos podem ser fornecidas com uma interface que corresponde à montagem padronizada. Assim, a mesma montagem pode ser utilizada independentemente do nível de isolamento. Apenas o comprimento da haste de levantamento pode ser trocado, dependendo do nível de isolamento. O mesmo comprimento para hastes de levantamento pode ser utilizado para um comutador de derivação montado em um garfo (o flange intermediário na carcaça do comutador de desvio com altura de 106 mm) e comutador de derivação montado diretamente na cobertura do transformador. A diferença em comprimento pode ser realizada utilizando diferentes fu

Petição 870190009211, de 29/01/2019, pág. 15/27

12/12 ros para o garfo de levantamento no topo da haste de levantamento. Isto reduz as variantes de hastes de levantamento por 50%. Um exemplo das hastes de levantamento está mostrado na figura 6.

[0037] Em uma modalidade da invenção as conexões também podem ser fornecidas. Dependendo da aplicação, fase única ou (ponto de) estrela, uma conexão é adicionada entre pacotes de resistores (normalmente um pacote contendo mais do que um módulo de resistor por fase).

[0038] Embora diversas modalidades da invenção tenham sido descritas acima, deveria ser entendido que elas foram apresentadas à guisa de exemplo e não de limitação. Será evidente para pessoas versadas na técnica relevante que diversas mudanças em forma e detalhe podem ser feitas nela sem se afastar do espírito e escopo da invenção. Isto é especialmente verdadeiro à luz de tecnologia e termos dentro das técnicas relevantes que podem ser desenvolvidas mais tarde. Assim, a invenção não deveria ser limitada por qualquer uma das modalidades tomadas como exemplo descritas acima, porém deveria ser apenas definida de acordo com as reivindicações a seguir e seus equivalentes.

Claims

reivindicações

1. Comutador de desvio (24) compreendendo:

contatos principais;

contatos de transição; e um comutador a vácuo colocado para apagar o arco quando de comutação entre os contatos principais e os contatos de transição, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma interface configurada para casar com uma interface de comutador de desvio dentro de uma carcaça de comutador de derivação (12) existente em um tanque do transformador (10) cheio de um líquido isolante.
2. Comutador de desvio (24) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a interface do comutador de desvio inclui:

furos guia (47) para pinos no comutador de desvio;

um disco de acionamento (49);

contatos inferiores de encaixe para ponto neutro; e contatos de encaixe para as fases (55).
3. Comutador de desvio (24) de acordo com a reivindicação

1 ou 2, caracterizado pelo fato de que ainda compreende:

uma montagem padrão para uma haste de levantamento (39);

uma haste de levantamento (39) que tem uma interface compatível com a montagem padrão, a montagem padrão sendo adaptada para acomodar hastes de levantamento (39) de comprimento variável.
4. Comutador de desvio (24) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma montagem de resistor de transição acoplada aos contaPetição 870190009211, de 29/01/2019, pág. 17/27

2/2 tos de transição;

um módulo de resistor de transição apresentando uma interface para casar com a montagem de resistor de transição, sendo que a pluralidade de módulos de resistor de transição pode ser acoplada junta.
5. Comutador de desvio (24) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os contatos principais e os contatos de transição são colocados dentro do comutador a vácuo.
6. Comutador de desvio (24) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de módulos de resistor de transição é conectado junto de maneira diferente.
7. Comutador de desvio (24) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um circuito elétrico e um mecanismo mecânico para comutar derivações que são separados umas das outras.