ES2263375B1 - Dispositivo generador de huecos de tension. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (30) generador de huecos de tensión en una máquina de generación de energía eléctrica (2), tal como un aerogenerador, conectada a una red eléctrica (1) que comprende de uno a tres transformadores (3, 4, 5) dispuestos en paralelo conectados por un lado al aerogenerador (2) a través de un interruptor de acoplamiento (7) y seccionadores (13, 11, 10), y conectados a tierra por el otro lado a través de seccionadores (18, 17, 16) y un interruptor de control (6); medios para generar cortocircuitos accionado el interruptor de acoplamiento (7) y el interruptor de control (6) de manera que se genere un hueco de tensión de la duración y tipología requeridas; y medios de protección de los transformadores (3, 4, 5) durante la generación de huecos de tensión.
Description
Dispositivo generador de huecos de tensión.
La presente invención se refiere a un
dispositivo para generar huecos de tensión en una máquina de
generación de energía eléctrica y particularmente en un
aerogenerador conectado a la red interna de un parque de
aerogeneradores.
En la conexión a la red eléctrica de la salida
de un parque de máquinas de generación eléctrica tales como
aerogeneradores puede producirse un descenso brusco de tensión como
consecuencia de un cortocircuito en la red. En esos casos, la
actuación de las protecciones correspondientes ocasiona la
desconexión de la parte defectuosa de la red lo que provoca un nuevo
escalón de tensión en sentido contrario cuando se recupera el nivel
de tensión existente antes del defecto. El conjunto de ambos
escalones suele llamarse "hueco de tensión" y puede definirse
por dos parámetros: la magnitud del escalón de tensión y la
duración.
Un "hueco de tensión" puede llegar a
provocar la desconexión de un parque de aerogeneradores de la red
con los consiguientes efectos perjudiciales por lo que resulta
necesario confirmar el correcto comportamiento de los
aerogeneradores ante los huecos de tensión.
Comentaremos seguidamente diversos dispositivos
conocidos para generar huecos de tensión empleados con diferentes
finalidades.
La solicitud de patente WO0060430 describe un
sistema para chequear la sensibilidad de los componentes de una
planta de producción de vidrio ante los huecos de tensión que
puedan producirse que comprende una doble cascada de
auto-transformadores industriales conectados a cada
fase de la corriente con al menos dos switchs bipolares, que genera
huecos de tensión en la salida de la máquina, proporcionales a los
valores de los auto-transformadores individuales
dispuestos en las cascadas. El sistema cuenta con la posibilidad de
variar la amplitud del hueco y la duración, así como la de provocar
diferentes huecos de tensión para cada fase.
El documento US5886429 propone un banco de
pruebas controlado y monitorizado por ordenador para comprobar la
respuesta de equipos electrónicos conectados al mismo ante huecos y
picos de tensión producidos en el anterior.
El documento US 5920132 describe un dispositivo
capaz de generar una tensión reducida mediante un auto
transformador en equipos industriales de poca potencia, sólo válida
en baja tensión.
Ninguno de los dispositivos mencionados resulta
aplicable para verificar el comportamiento de máquinas de
generación de energía eléctrica tales como aerogeneradores ante
huecos de tensión de diversos tipos. Hay que tener en cuenta que en
cada país existen diferentes normas al respecto, por lo que un
fabricante de aerogeneradores debe poder verificar el comportamiento
de sus máquinas ante distintos tipos de huecos para poder
garantizar su adecuación a normativas diferentes. La presente
invención propone una solución a ese problema.
La presente invención tiene por objeto un
dispositivo para ensayar en baja y media tensión el comportamiento
de una máquina de generación de energía eléctrica tal como un
aerogenerador ante un hueco de tensión similar al que se puede
producir en la red a la que está conectado.
El dispositivo comprende:
- de uno a tres transformadores dispuestos en
paralelo, que están conectados por un lado al aerogenerador a
través de un interruptor de acoplamiento y seccionadores asociados,
respectivamente, a cada uno de los transformadores y que están
conectados por el otro lado a tierra a través de seccionadores
asociados, respectivamente, a cada uno de los transformadores y un
interruptor de control;
- medios para generar cortocircuitos accionando
el interruptor de acoplamiento y el interruptor de control de
manera que se controle el instante temporal de sus cierres y
aperturas para generar un hueco de tensión de una duración acorde
con la requerida y accionando los seccionadores para elegir el
número de transformadores que intervienen en la generación del
hueco, cuando hay más de uno, y la tipología monofásica, bifásica o
trifásica del hueco; y
- medios de protección de los transformadores
durante la generación de huecos de tensión y, preferentemente, uno
o varios de los siguientes:
- -
- bobinas de bloqueo para eliminar las ondas de alta frecuencia que pudiesen incidir sobre los transformadores al producir el hueco de tensión;
- -
- una reactancia trifásica de puesta a tierra; y
- -
- autoválvulas para eliminar posibles sobretensiones sobre los transformadores.
Ese dispositivo es capaz de producir en un
aerogenerador conectado a la red un cortocircuito monofásico,
bifásico o trifásico, con o sin tierra, a través del divisor de
tensión constituido por los transformadores, de forma que se pueda
ensayar el citado aerogenerador ante los diversos huecos de tensión
que puedan producirse sin necesidad de desinstalarlo del parque
eólico.
En concreto, el dispositivo permite:
- -
- generar en bornes del aerogenerador distintos tipos de huecos de tensión mediante la realización de cortocircuitos reales de una determinada duración;
- -
- reducir la potencia de cortocircuito en el punto en que se realiza éste, con objeto de perturbar mínimamente el resto de la red;
- -
- operar el aerogenerador en condiciones de plena potencia.
El dispositivo objeto de la presente invención
puede acoplarse:
- A la baja tensión del aerogenerador, cuando el
transformador del aerogenerador está situado en la parte inferior
de la torre, siendo la baja tensión del aerogenerador accesible
para conectar el dispositivo;
- A la media tensión del aerogenerador, cuando
el transformador del aerogenerador está ubicado en la parte
superior de la torre, siendo la media tensión la más accesible para
conectar el dispositivo.
El dispositivo descrito puede ser utilizado para
la prueba de aerogeneradores de cualquier potencia, dado que se
basa en utilizar equipos análogos a los propios del aerogenerador.
Se ha utilizado con éxito para la prueba de aerogeneradores de 850
kW y 2 MW.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de
la misma en relación con las figuras que se acompañan.
En la Figura 1 se muestra un esquema del
dispositivo según la invención, en su montaje en baja tensión.
En la Figura 2 se muestra un esquema del
dispositivo según la invención, en su montaje en media tensión.
El dispositivo 30 según la invención es capaz de
generar huecos de tensión en un aerogenerador 2 conectado a la red
de media tensión (MT) 1 mediante una estructura compuesta
básicamente de tres transformadores 3, 4 y 5, dispuestos en
paralelo, conectados mediante seccionadores 13 y 18, 11 y 17, y 10
y 16, respectivamente, al interruptor 7 de acoplamiento al
aerogenerador y al interruptor de control 6, a la vez que se
complementa con los necesarios elementos de maniobra y control, con
objeto de realizar cortocircuitos de diferentes duraciones y
distintos tipos (monofásicos, bifásicos o trifásicos, con o sin
tierra), que den lugar en las bornes del aerogenerador 2 a formas de
onda análogas a las que aparecen en los casos en que ha habido un
hueco de tensión en la red de MT 1.
El dispositivo 30 de la invención contempla dos
tipos de montaje:
- montaje en el lado de baja tensión 8 del
aerogenerador 2, cuando el transformador 12 del aerogenerador 2
está situado en la parte inferior de la torre del mismo, siendo el
lado 8 de baja tensión del aerogenerador 2 accesible para conectar
el dispositivo 30 anterior (Figura 1);
- montaje en el lado de media tensión 9 del
aerogenerador 2, cuando el transformador 12 del anterior está
ubicado en la parte superior de la torre, siendo el lado de media
tensión 9 el más accesible para conectar el dispositivo 30 de la
invención (Figura 2).
En una primera realización de la invención,
cuando el transformador 12 del aerogenerador 2 esté situado en la
parte inferior de la torre del mismo, el dispositivo 30 se instala
en el lado de baja tensión 8 como muestra la Figura 1, conectándose
mediante un interruptor automático 7, el cual sirve para poder
acoplar y desacoplar el citado dispositivo 30 del aerogenerador 2 y
definir la duración del hueco, a la vez que funciona como elemento
de protección adicional del citado dispositivo 30, soportando una
corriente eficaz de cortocircuito máxima que oscila entre 0,5 lcc
(con un tranformador) y 0,75 lcc (con tres), siendo lcc la
intensidad de cortocircuito nominal en la baja tensión del
generador. El cableado debe pues soportar esas intensidades, que o
dependiendo de la potencia del generador pueden ser de miles de
amperios.
El dispositivo 30 comprende principalmente tres
transformadores 3, 4 y 5, idénticos al transformador propio del
generador, que se conectan o desconectan a través de los
seccionadores 10, 11, 13, 16, 17 y 18, según la gama de magnitudes
del hueco de tensión que se quiera generar. De igual modo, el
dispositivo 30 permite generar huecos de tensión sobre el
aerogenerador 2 del tipo trifásico o bifásico a través de las
líneas 14 y 15, que se cierran o no a los transformadores 3, 4 y 5
a través del interruptor de control 6, de manera que, cuando se
quiere generar un hueco del tipo trifásico, se cierran las líneas 14
y 15, y cuando el hueco que se desea generar es del tipo bifásico
puro, se cierra sólo la línea 14. Las líneas 14, 15 anteriores
soportan corrientes eficaces de cortocircuito no muy elevadas, de
acuerdo con la relación de transformación de los transformadores
utilizados.
El dispositivo 30 de la invención comprende
además los siguientes elementos adicionales:
- unas bobinas de bloqueo 19, preferiblemente
con valor de impedancia de 0,2 mH, para eliminar las ondas de alta
frecuencia que pudiesen incidir sobre los transformadores 3, 4, 5
al producir el hueco de tensión;
- una reactancia trifásica 20 de puesta a
tierra, preferiblemente en zigzag, como elemento de protección;
y
- unas autoválvulas 21 de tensión adecuada a la
media tensión del parque, para eliminar posibles sobretensiones en
los transformadores 3, 4, 5.
El modo de operación del dispositivo 30
comprende los pasos siguientes:
- cierre del interruptor de acoplamiento 7;
- cierre sucesivo de los seccionadores 13, 11 y
10 para realizar la energización de los transformadores 3, 4 y 5,
respectivamente;
- generación del hueco de tensión mediante:
- -
- cierre remoto del interruptor de control 6, que ocasionaría el inicio del hueco;
- -
- apertura temporizada, del interruptor de acoplamiento 7 con un retraso programable respecto al cierre del interruptor de control 6, lo cual ocasionaría el fin del hueco de tensión; este retraso, que podrá oscilar entre 100 mseg y varios segundos, será función de la profundidad de hueco y de la duración que se quiera conseguir (dependerá de la normativa que se pretenda cumplir: Un valor típico sería 500 mseg);
- -
- apertura temporizada del interruptor de control 6, preferiblemente con 100 mseg de retraso respecto a la apertura del interruptor 7.
Deberá evitarse poner a tierra los neutros de
los devanados de baja tensión de los transformadores 3, 4, 5 para
evitar que aumente el nivel de la potencia de cortocircuito en una
posible falta a tierra en el lado de BT 8.
En una segunda realización de la invención,
cuando el transformador 12 del aerogenerador 2 esté situado en la
parte superior de la torre del mismo, el dispositivo 30 de
generación de huecos se conectará en el lado 1 de MT. En este caso,
como muestra la Figura 2, es necesario intercalar una reactancia
trifásica 20 de puesta a tierra, preferiblemente en zigzag, en
paralelo con la media tensión del aerogenerador 2, dos
transformadores 32 y 33, preferiblemente iguales al transformador
12 del propio aerogenerador 2, del tipo
estrella-triángulo y con el neutro del lado de baja
tensión de uno de ellos puesto a tierra, así como un by pass
trifásico 31, de modo que se puedan realizar las pruebas de huecos
de tensión con el dispositivo 30 sin que el funcionamiento del
aerogenerador 2 se vea afectado durante el resto del
tiempo.
tiempo.
En este montaje, al menos uno de los tres
transformadores del dispositivo 30 debe ser de menor potencia que
los transformadores principales, preferentemente de la mitad de
potencia, si se quiere conseguir una gama amplia de huecos de
tensión.
El dispositivo 30 además de los elementos ya
descritos en la primera realización comprende también las líneas
34, 35 y 36 que, junto con las líneas 14 y 15, cierran los
transformadores 3, 4 y 5, produciendo diferentes tipos de huecos de
tensión, de la forma siguiente:
- si el hueco a producir es del tipo trifásico,
el dispositivo 30 se cierra en 14 y 15;
- si el hueco a producir es del tipo bifásico
puro, el dispositivo 30 se cierra sólo en 14;
- si el hueco que se quiere producir es del tipo
bifásico a neutro (tierra), el dispositivo 30 se cierra en 14 y 34,
si es con un neutro, se cierra en 14, 34 y 35 con dos neutros, y se
cierra en 14, 34, 35 y 36 si es con tres neutros;
- si el hueco que se va a generar es del tipo
monofásico a neutro, el dispositivo 30 se cierra en 34 si es con un
neutro, en 34 y 35 si es con dos neutros y se cierra en 34, 35 y 36
si es con tres neutros.
En ambos montajes, tanto en BT como en MT, la
magnitud del hueco de tensión producido por el dispositivo 30 varía
en función del tamaño del parque eólico y de la configuración del
dispositivo 30 empleado para producir el citado hueco de tensión,
de manera que la magnitud del hueco de tensión producido por faltas
trifásicas será (suponiendo los tres transformadores del dispositivo
de la mitad de potencia) de:
- -
- aproximadamente el 50%, con un transformador 5;
- -
- aproximadamente el 66%, con dos transformadores 4 y 5;
- -
- aproximadamente del 75%, con tres transformadores 3, 4 y 5.
Las corrientes de cortocircuito esperables serán
análogas a las que aparecen en el esquema de conexión en BT.
La magnitud del hueco de tensión dependerá de la
aportación del aerogenerador 2 a la falta, si bien los valores
indicados anteriormente corresponden a pruebas en aerogeneradores 2
doblemente alimentados, en que la aportación de los mismos se atenúa
rápidamente.
En el caso de faltas asimétricas, el hueco
dependerá de la configuración que se utilice, pudiéndose obtener en
ambos casos una amplia gama de huecos.
En las realizaciones que acabamos de describir
pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del
alcance definido por las siguientes reivindicaciones.
Claims (7)
1. Dispositivo (30) para generar huecos de
tensión en una máquina de generación de energía eléctrica (2)
conectada a una red eléctrica (1) que comprende:
a) de uno a tres transformadores (3, 4, 5)
dispuestos en paralelo, que están conectados por un lado a la
máquina de generación de energía eléctrica (2) a través de un
interruptor de acoplamiento (7) y seccionadores (13, 11, 10)
asociados, respectivamente, a cada uno de los transformadores (3, 4,
5), y que están por el otro lado conectados a tierra a través de
seccionadores (18, 17, 16) asociados respectivamente a cada uno de
los transformadores (3, 4, 5) y un interruptor de control (6);
b) medios para generar cortocircuitos accionando
el interruptor de acoplamiento (7) y el interruptor de control (6)
de manera que se controle el instante temporal de sus cierres y
aperturas para generar un hueco de tensión de una duración acorde
con la requerida y accionando los seccionadores (13, 11, 10, 18,
17, 16) para, cuando hay más de uno, elegir el número de
transformadores que intervienen en la generación del hueco y la
tipología monofásica, bifásica o trifásica del hueco; y
c) medios de protección de los transformadores
(3, 4, 5) durante la generación de huecos de tensión.
2. Dispositivo (30) para generar huecos de
tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque los
medios de protección de los transformadores (3, 4, 5) comprenden
uno o varios de los siguientes:
a) bobinas de bloqueo (19) para eliminar las
ondas de alta frecuencia que pudiesen incidir sobre los
transformadores (3, 4, 5) al producir el hueco de tensión;
b) una reactancia trifásica (20) de puesta a
tierra; y
c) autoválvulas (21) para eliminar posibles
sobretensiones sobre los transformadores (3, 4, 5).
3. Dispositivo (30) para generar huecos de
tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque la
máquina de generación eléctrica es un aerogenerador (2).
4. Dispositivo (30) para generar huecos de
tensión según la reivindicación 3, caracterizado porque se
monta en el lado de baja tensión (8) del aerogenerador (2).
5. Dispositivo (30) para generar huecos de
tensión según la reivindicación 3, caracterizado porque se
monta en el lado de media tensión (9) del aerogenerador (2) y
también comprende dos transformadores adicionales (32, 33) y un by
pass trifásico (31) para que su funcionamiento no se vea afectado
al generar un hueco de tensión.
6. Dispositivo (30) para generar huecos de
tensión según la reivindicación 5, caracterizado porque si
hay varios transformadores (3, 4, 5) al menos uno de ellos debe ser
de menor potencia que los demás.
7. Dispositivo (30) para generar huecos de
tensión según la reivindicación 4 ó la reivindicación 6,
caracterizado porque la mayor parte de los transformadores
del dispositivo (3, 4, 5; 32, 33) son idénticos al transformador
(12) del aerogenerador (2).
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