ES2222809B1 - Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension. - Google Patents
Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension.Info
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Abstract
Sistema de acoplamiento entre equipos eléctricos de alta tensión. Este sistema de acoplamiento es del tipo de los que están compuestos por un conector (1) que comprende una envolvente aislante (2), en cuyo interior se alojan unos elementos conductores, y que incorpora una capa semiconductora (3) en la superficie exterior de la envolvente (2). Este sistema incorpora un dispositivo de protección (6) que se dispone circundando la capa semiconductora (3). El dispositivo de protección (6) puede, opcionalmente, encontrarse constituido por un anillo conductor puesto a tierra que minimice la longitud del arco en caso de fallo dieléctrico del sistema de acoplamiento. El dispositivo de protección puede incorporar un sensor de intensidad inductivo y/o un sensor de tensión capacitivo que permiten obtener diversas magnitudes eléctricas de los equipos de alta tensión.
Description
Sistema de acoplamiento entre equipos eléctricos
de alta tensión.
La presente invención se refiere a un sistema de
acoplamiento entre equipos eléctricos de alta tensión que incorpora
medios de protección frente a impacto y punzonamiento, así como
frente a posibles fallos dieléctricos en la zona expuesta entre los
dos equipos de alta tensión. El sistema incorpora también medios
para la obtención de señales de tensión e intensidad, así como para
la obtención de la energía necesaria para la alimentación de
circuitos electrónicos asociados a los equipos instalados.
La unión entre equipos eléctricos modulares de
alta tensión de envolvente metálica mediante conexiones aisladas, es
una técnica que los diversos fabricantes de equipos eléctricos están
generalizando.
Estos sistemas de acoplamiento se pueden
clasificar en dos grupos:
Sistemas de acoplamiento en los que la unión de
los equipos se realiza por medio de un conector o conjunto de unión
que comprende una pieza o envolvente aislante, generalmente de
revolución, y en cuyo interior se encuentran los elementos
conductores. En esta clase de sistemas, los extremos de la pieza
aislante penetran en sendos conectores hembras montados en los
equipos a conectar, sellando eléctricamente la unión. Ejemplos de
esta clase de sistemas de acoplamiento se describen por ejemplo en
las siguientes Patentes: EP 0 520 933, WO 02/087042, WO 02/35668, EP
0 891 013 y DE 10119183.
Sistemas de acoplamiento en los que el elemento
aislante no penetra en las piezas dispuestas en los equipos a unir
eléctricamente. Ejemplos de estos diseños se recogen en las Patentes
Europeas 1 294 064 y 0 199 208. En estos casos, y con objeto de
asegurar el sellado desde el punto de vista eléctrico, se pueden
emplear anillos de compresión, tal y como se observa en la Patente
Europea 1 294 064.
En estos sistemas de acoplamiento, y al objeto de
controlar la distribución del campo eléctrico en todas las
circunstancias de limpieza y humedad, la superficie del conector o
conjunto de unión que queda expuesta entre los dos equipos de alta
tensión se referencia al potencial de tierra, para lo cuál dicha
superficie exterior debe ser conductora o semiconductora. Para ello,
habitualmente, se utilizan pinturas semiconductoras o bien
materiales semiconductores inyectados sobre la pieza o envolvente
aislante.
Al objeto de proporcionar el potencial de tierra
a dicha superficie semiconductora se utilizan por ejemplo resortes
helicoidales que, por un extremo, se fijan o conectan a la
envolvente metálica del equipo eléctrico de alta tensión, que se
encuentra puesta a tierra, y por el otro están en contacto con la
capa semiconductora del conector o conjunto de unión. El contacto
entre el resorte y la superficie semiconductora puede realizarse de
dos formas:
En este caso el resorte, linealmente dispuesto,
se fija en sus dos extremos en la envolvente metálica del equipo de
alta tensión. El contacto con la superficie semiconductora se
consigue haciendo que dicha superficie se encuentre entre las dos
fijaciones del resorte, obligando a éste a deformarse, formando un
arco en lugar de una línea recta entre las fijaciones y asegurando
permanentemente el contacto.
En este caso, el resorte, unido eléctricamente a
tierra, forma un toroide en torno a la superficie semiconductora,
tal y como se muestra, por ejemplo, en la solicitud de patente DE
10119183.
Esta forma de proporcionar el potencial de tierra
a la capa semiconductora exterior del conector o conjunto de unión,
presenta el inconveniente de que una vibración excesiva y prolongada
durante el transporte de los equipos puede ocasionar una erosión de
la pintura semiconductora, debido al rozamiento con el resorte,
dando lugar a zonas superficiales sin potencial que pueden originar
un posible fallo dieléctrico que podría desembocar en un arco de
longitud corta pero indefinida.
Otro problema que se puede presentar en estos
sistemas de acoplamiento entre equipos eléctricos, es que penetren
objetos punzantes en el intersticio de separación entre equipos,
dañando la parte expuesta del conector o conjunto de unión.
Por otra parte, la necesidad de monitorización y
automatización de las instalaciones eléctricas hacen necesaria la
colocación en los equipos eléctricos de los correspondientes
sensores o captadores de tensión e intensidad que, en el caso de los
sistemas de acoplamiento entre celdas de alta tensión, supone una
dificultad añadida ya que obliga a introducir modificaciones en las
celdas de alta tensión para poder realizar las medidas
necesarias.
En cuanto a la determinación de la presencia de
tensión en las barras del circuito principal de un conjunto de
celdas de alta tensión se puede solucionar mediante la utilización
de dispositivos para conexiones aisladas como los recogidos en la
solicitud Internacional WO 02/35668 pero, el problema estriba en que
no siempre las celdas de alta tensión se instalan con unos
conectores hembra en el lateral libre que permitan la utilización
del dispositivo descrito en la mencionada solicitud de patente y, en
cualquier caso, en el extremo del conjunto de celdas no se puede
realizar la medida de intensidad del circuito.
La presente invención se refiere a un sistema de
acoplamiento de conexión aislada entre equipos eléctricos de alta
tensión que permite resolver todas las problemáticas mencionadas
anteriormente, siendo del tipo de los que están compuestos por un
conector o conjunto de unión que comprende una envolvente aislante,
cuyos extremos penetran en sendos conectores hembra montados en los
equipos a instalar y en cuyo interior se alojan unos elementos
conductores y que incorpora una capa conductora o semiconductora en
la superficie exterior de la envolvente aislante, permitiendo
realizar el acoplamiento directo entre los diferentes equipos
eléctricos como pueden ser la unión celda-celda, la
unión celda-transformador de distribución, etc.
El sistema de acoplamiento objeto de la invención
presenta como principal característica la incorporación de un
dispositivo de protección que se dispone circundando o envolviendo
al conector o conjunto de unión.
Desde el punto de vista constructivo, el
dispositivo de protección puede estar constituido por una pieza que
se monta sobre el conjunto de unión, disponiéndose preferentemente
circundando la capa semiconductora, en la zona que queda expuesta
entre los dos equipos eléctricos a unir o encontrarse embebida en la
propia envolvente del conjunto de unión.
Este sistema de acoplamiento presenta las
siguientes ventajas o características funcionales frente a los
sistemas actuales:
- -
- Permite dotar de un mayor grado de protección al sistema de acoplamiento frente a objetos punzantes en base a la constitución del dispositivo de protección que aporte una función de protección mecánica en las zonas mas expuestas del sistema de acoplamiento.
- -
- Minimizar la longitud de arco en caso de fallo dieléctrico del conjunto de acoplamiento, y con ello su efecto destructivo en base a la constitución del dispositivo de protección en material conductor que permita conducir la intensidad de falta a tierra sin generar un arco eléctrico.
- -
- Evitar los problemas asociados con la erosión de la superficie semiconductora, por parte del resorte helicoidal, debido a vibraciones prolongadas durante el transporte. En este caso, la puesta a tierra de dicha superficie semiconductora se consigue mediante el dispositivo de protección conductor que, abrazando dicha superficie semiconductora, la pone a tierra sin que exista deslizamiento relativo entre ambas o que el mismo erosione la superficie conductora/semiconductora. También se puede conseguir la puesta a tierra del sistema de acoplamiento mediante un dispositivo de protección, según el objeto de la invención, que aún no siendo metálico dispone de una superficie semiconductora o conductora puesta a tierra y que es la que se encuentra en contacto con la superficie semiconductora exterior del conjunto de unión.
El dispositivo de protección del sistema de
acoplamiento objeto de la invención puede incorporar sensores que
permiten obtener valores de diversas magnitudes eléctricas, tensión
e intensidad.
En concreto, puede incorporar un sensor de
intensidad, dotado o no de un núcleo magnético, que permite obtener
la intensidad que circula por el embarrado principal al objeto de
proporcionar el valor de la misma o para funciones de protección,
medida y control. Adicionalmente, la energía obtenida en el sensor
de intensidad, debido a la circulación de intensidad por el circuito
principal, se puede emplear para alimentar los circuitos de equipos
auxiliares como relés, alarmas, equipos de comunicaciones, etc.
La obtención de la señal de tensión se logra al
no referenciar a tierra la superficie semiconductora/conductora
exterior del conjunto de unión. En este caso, dicha superficie
adquiere un potencial, función de la capacidad entre la superficie
interior del dispositivo de protección aislante, la cuál se
encuentra al potencial de alta tensión, y la superficie
semiconductora/conductora exterior. Esta señal de tensión se puede
utilizar, por ejemplo, para:
- -
- Indicar la presencia o ausencia de tensión en las barras del circuito principal.
- -
- Obtener la medida de la tensión presente en las barras del circuito principal.
- -
- Obtener energía para la alimentación de circuitos auxiliares.
- -
- Polarizar con el vector de tensión las protecciones direccionales.
- -
- Funciones de protección, medida y control relacionados con la magnitud de la tensión.
La figura 1.- Representa un sistema de
acoplamiento (1) entre equipos de alta tensión (4), constituido por
un conjunto de unión compuesto por una envolvente aislante (2) que
conecta dos celdas de alta tensión (5) y que presenta en su
superficie externa una capa semiconductora (3).
La figura 2.- Representa una sistema de
acoplamiento, según el objeto de la invención, incorporando un
dispositivo de protección (6) que circunda el conector o conjunto de
unión (1), en la zona en la que se dispone la capa semiconductora
(3).
La figura 3.- Representa otra forma de
realización del sistema de acoplamiento, en el cuál el dispositivo
de protección (6) se encuentra parcialmente dentro de un material
semiconductor (3), embebido a su vez en la envolvente de material
aislante (2) del conjunto de unión (1). En la figura no se han
representado los elementos que realizan la conexión eléctrica.
La figura 4.- Representa una forma de realización
del sistema de acoplamiento en la cuál el dispositivo de protección
incorpora un sensor de intensidad compuesto por un núcleo (7) sobre
el que se ha bobinado un conductor (8) y un sensor de tensión que
proporciona la tensión de la capa semiconductora (3).
La figura 5.- Representa un sistema de
acoplamiento, con sensor de tensión pero basado en la realización
mostrada en la figura 3.
La figura 6.- Representa un sistema de
acoplamiento, según la realización mostrada en la figura 4,
incorporando un sensor de intensidad unipolar (9) que envuelve a las
tres fases.
A continuación, como ejemplo ilustrativo y sin
carácter limitativo, se presenta una realización del mencionado
sistema de acoplamiento de alta tensión, objeto de la presente
invención.
En la figura 1 se puede observar que el sistema
de acoplamiento se ha empleado para configurar un esquema eléctrico
con un conjunto de celdas de alta tensión (4) pero que, sin embargo,
puede utilizarse igualmente para la unión de una celda (4) con un
transformador de distribución.
En la figura 1 se observa también cómo el sistema
de acoplamiento está compuesto por un conector o conjunto de unión
(1) que comprende una envolvente aislante (2) que encaja en los
conectores tipo hembra (5) de los equipos de alta tensión (4),
incorporando una capa o superficie semiconductora (3), que se
referencia a tierra, y que se dispone en el espacio entre los
equipos (4) a unir.
En la figura 2 se ha representado un conector o
conjunto de unión (1), según el objeto de la invención, que
incorpora un dispositivo de protección (6) que se dispone
circundando al conector (1), en la zona que queda expuesta entre
los equipos eléctricos a unir, coincidiendo con la capa
semiconductora (3). El dispositivo de protección (6) está realizado
en material metálico con el fin de proporcionar un mayor grado de
protección mecánico al conjunto de unión (1).
Este dispositivo de protección (6) está
configurado como un anillo conductor, conectado a tierra, que
proporciona la tensión de tierra a la superficie
semiconductora/conductora (3) y conduce la intensidad de falta a
tierra sin que se origine un arco en la separación entre los equipos
eléctricos de alta tensión. La aplicación del potencial de
referencia a tierra del dispositivo de protección (6) se realiza
mediante un resorte que contacta con dicho dispositivo
tangencialmente y que no ha sido representado.
Alternativamente, el dispositivo de protección
(6) puede ser realizado de un material no metálico, como plástico o
elastómero, dopados o superficialmente tratados para ser
conductores/semiconductores que es capaz de proporcionar al
conductor (1) la protección mecánica, al tiempo que pueda
referenciar a tierra la capa semiconductora (3).
En la figura 3 se ha representado otra forma de
realización del conjunto de unión (1) en el cuál el dispositivo de
protección (6) se encuentra parcialmente alojado en un material
semiconductor (3) que está embebido en la envolvente aislante (2)
proporcionando una funcionalidad idéntica a la descrita
anteriormente.
En la figura 4 puede observarse un detalle del
conjunto de unión (1) en el cuál se incluye un sensor de intensidad,
dispuesto en el interior del dispositivo de protección (6). Este
sensor está constituido por un núcleo (7) sobre el que se bobina el
conductor (8) que permite detectar la intensidad que circula por el
interior del conjunto de acoplamiento (1). El núcleo (7) puede ser
magnético o no, una bobina Rogowski, en función de la sensibilidad
requerida al sensor.
En la figura 5 se ha representado un conjunto de
unión (1), incorporando un sensor de intensidad compuesto por un
núcleo magnético (7) y una bobina conductora (8) pero en la cuál el
dispositivo de protección (6) presenta una configuración como la
representada en la figura (3).
Adicionalmente se puede incluir un sensor de
tensión, en cuyo caso, la superficie semiconductora/conductora (3)
no se referenciará a tierra, sino que se dejará a un potencial
flotante al objeto de captar, mediante contacto con dicha superficie
del propio dispositivo de protección (6) la tensión de dicha
superficie (3). Opcionalmente, la zona exterior no en contacto con
la superficie (3) se puede referenciar al potencial de tierra.
De acuerdo con la figura 6, el dispositivo de
protección (6) puede abarcar a todos los conectores (1) de las fases
del sistema de acoplamiento, pudiendo incorporar también un sensor
de intensidad para la detección de faltas a tierra cuyo núcleo (9),
arrollado por el bobinado (10), envuelve a todas las fases del
sistema.
Claims (13)
1. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión compuesto por un conector o conjunto de
unión (1) que comprende una envolvente aislante (2) en cuyo interior
se alojan unos elementos conductores, cuya superficie exterior se
encuentra parcialmente recubierta con una capa conductora o
semiconductora (3), caracterizado porque incorpora un
dispositivo de protección (6) que se dispone circundando la capa
semiconductora (3).
2. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión según reivindicación 1ª,
caracterizado porque el dispositivo de protección (3) está
constituido por un anillo conductor puesto a tierra.
3. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión según reivindicación 2ª,
caracterizado porque el anillo conductor puesto a tierra es
metálico.
4. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión según reivindicación 1ª,
caracterizado porque el dispositivo de protección incorpora
un sensor de intensidad inductivo.
5. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión según reivindicación 4ª,
caracterizado porque el sensor de intensidad está constituido
por una bobina Rogowski.
6. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión según reivindicación 4ª,
caracterizado porque el sensor de intensidad está constituido
por un arrollamiento (8) sobre un núcleo
magnético (7).
magnético (7).
7. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el dispositivo de protección (6)
incorpora un sensor de tensión capacitivo.
8. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión según reivindicación 1ª,
caracterizado porque el dispositivo de protección (6) abarca
a todos los conectores (1) de las fases del sistema de acoplamiento
entre equipos de alta tensión.
9. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión según reivindicación 8ª,
caracterizado porque el dispositivo de protección (6) está
constituido por un anillo conductor puesto a tierra.
10. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión según reivindicación 9ª,
caracterizado porque el anillo conductor puesto a tierra es
metálico.
11. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión según reivindicación 8ª,
caracterizado porque comprende un sensor de intensidad que
abraza exteriormente a todas las fases.
12. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión según reivindicación 11ª,
caracterizado porque comprende un sensor de intensidad para
cada una de las fases.
13. Sistema de acoplamiento entre equipos
eléctricos de alta tensión según reivindicaciones 8ª, 11ª y 12ª,
caracterizado porque incorpora la detección de tensión para
cada una de las fases del circuito principal.
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