ES2274684B1 - Cambiador de tomas para transformadores de media/baja tension. - Google Patents
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Abstract
Cambiador de tomas para transformadores de media/baja tensión. Permite regular los niveles de tensión a la salida del transformador de media/baja tensión en función de la carga de la línea de distribución asociada al mismo, mediante la sustitución de los tradicionales interruptores mecánicos asociados a sus tomas (8), (9), (10), (11), (12) y (13) por una serie de interruptores electrónicos estáticos (15), (15''), (15'''') (15''''''), basados en electrónica de potencia, que mediante su accionamiento controlado, permiten establecer diferentes flujos de circulación de la corriente a través de los devanados auxiliares (4), (5), (6) y (7), y consecuentemente distintos niveles de tensión a la salida, pudiendo ser regulados dichos interruptores automáticamente o telemandados, para mantener la tensión de salida requerida sin necesidad de desconectar la carga del transformador de media/baja tensión.
Description
Cambiador de tomas para transformadores de
media/baja tensión.
La presente invención se refiere a un
dispositivo cambiador de tomas para transformadores de distribución
de media/baja tensión, de los utilizados para variar los niveles de
tensión a la salida del transformador.
El objeto de la invención es proporcionar un
dispositivo capaz de realizar los cambios de tomas en carga, es
decir, sin interrupción del suministro eléctrico a los usuarios,
permitiendo realizar los cambios de tomas tanto de forma manual
como automatizada o telemandada.
El mantenimiento de la tensión de salida de los
transformadores de distribución dentro de los márgenes permitidos o
deseados en función de las circunstancias de carga se viene
realizando tradicionalmente mediante el cambio de la relación de
transformación de dichos dispositivos, de manera que la relación de
tensiones cambia consecuentemente. Para ello, se dota a los
devanados principales de un conjunto de devanados auxiliares que
conectándose y desconectándose del principal, añaden o reducen
espiras, cambiando así la relación de transformación, o lo que es
lo mismo, variando la tensión de salida.
El proceso de conmutación se realiza en la
actualidad de dos maneras básicas: En carga o sin carga.
La conmutación en carga es habitual en los
transformadores de alta/media tensión, cuyo servicio no puede ser
interrumpido sin perjudicar gravemente el funcionamiento del
sistema. Para esta conmutación en carga se usa un regulador
electromecánico de gran tamaño, con elementos móviles, y con un
funcionamiento lento y que requiere un costoso mantenimiento, siendo
además fuente de numerosas averías a lo largo de la vida útil del
transformador por la aparición de arcos de conmutación.
La conmutación sin carga es típica de los
transformadores de media/baja tensión de los centros de
transformación, en los que el dispositivo de conmutación en carga
resulta demasiado voluminoso y costoso, por lo que el servicio es
interrumpido mientras se realiza la conmutación, con el
consiguiente perjuicio momentáneo para los usuarios de dicha red de
distribución.
Para la conmutación sin carga se usa un
cambiador de tomas bajo tapa, que de forma manual y tras poner
previamente fuera de servicio el transformador, permite realizar
puntualmente cambios en la relación de transformación. En este
caso, el número de tomas y tensiones posibles en muy limitado.
En la actualidad, el mayor desarrollo de la
electrónica de potencia ha permitido la existencia de dispositivos
electrónicos estáticos, capaces de establecer e interrumpir
corrientes del orden de las que pueden aparecer en la conmutación
en carga de los transformadores de distribución y se han planteado
diversas posibilidades de aplicación para sustituir los cambiadores
de tomas electromecánicos por otros estáticos electrónicos.
Para que los cambiadores estáticos sean eficaces
y rentables se requiere que el número de interruptores electrónicos
sea mínimo, el número de tomas necesarias (lo que implica el número
de bobinas auxiliares) sea también mínimo, y que el número de pasos
obtenidos sea máximo (número de relaciones de transformación
diferentes). También es necesario que la máxima tensión a la que
cualquier interruptor electrónico esté sometido cuando se encuentra
en corte esté por debajo de la admisible sin que se deteriore, y
que el número de interruptores cerrados en serie que ha de
atravesar la corriente sea mínimo para evitar caí das de tensión
excesivas.
Hasta hoy, el desarrollo se ha centrado en la
aplicación de cambiadores estáticos en carga basados en tiristores
conmutados para los transformadores de alta tensión a media
tensión, sin que se haya realizado ninguna aplicación práctica a
los transformadores de media a baja tensión típicos de los centros
de transformación.
Este hecho se debe a la hasta ahora menor
incidencia individual de estos transformadores en el conjunto de la
red, y a elevado número de ellos existente, que hace técnica y
económicamente inviable el uso de cambiadores de tomas clásicos por
complejidad, coste y mantenimiento, tanto de implantación, como de
adaptación de los transformadores ya instalados.
El cambiador de tomas para transformadores de
media/baja tensión que la invención propone resuelve de manera
plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta en
cada uno de los aspectos comentados, ya que dicho dispositivo
ofrece una configuración nueva con una intervención mínima en
cuanto a la estructura y tamaña de dichos transformadores, con un
bajo coste de realización, de manera que sea asumible su
implantación tanto en los transformadores de media/baja tensión
existentes como en los de nueva fabricación, permitiéndose así la
regulación en carga, tanto de forma manual como automatizada o
telemandada, de los mismos.
La invención sustituye los conmutadores
mecánicos asociados a los devanados de media tensión
correspondientes a cada una de las tres fases de los
transformadores de distribución de media/baja tensión actuales por
interruptores electrónicos basados en electrónica de potencia,
mediante el uso de tiristores conmutados, de accionamiento por
señal eléctrica, cuya conmutación deberá realizarse minimizando los
transitorios asociados a dicho proceso.
A partir de dicha sustitución, se establecen dos
configuraciones posibles en función del número de tensiones de
salida distintas que se quieran obtener.
El primer sistema propuesto, utiliza sólo cuatro
tomas y tres devanados auxiliares, habituales en este tipo de
transformadores, con sólo cuatro interruptores electrónicos, en
lugar de las seis tomas, cuatro bobinas y cinco interruptores del
sistema de conmutación mecánico de accionamiento manual utilizado
hasta ahora.
Los interruptores electrónicos están dispuestos
sobre cuatro tomas del transformador media/baja tensión, de manera
que permiten cuatro recorridos posibles de la corriente a través de
los distintos devanados auxiliares, posibilitando cuatro niveles de
tensión a la salida del transformador.
Este montaje es aplicable a los transformadores
de media/baja tensión ya existentes ya que no realiza ningún cambio
en la estructura de las tomas y de las bobinas.
Para el caso de aplicación a transformadores de
futura fabricación, podrían eliminarse uno de los devanados
auxiliares en cada fase y dos de las tomas, ya que no se utilizan,
lo que abarataría el precio final del conjunto.
Esta disposición es adecuada cuando basten
cuatro niveles de tensiones para satisfacer la regulación de la
tensión de salida.
De acuerdo con otra de las características de la
invención, se consigue mediante esta disposición que la corriente
no circule simultáneamente por mas de un interruptor, lo que evita
mayores caí das de tensión y calentamientos.
Un segundo sistema propuesto consiste en la
utilización de ocho interruptores electrónicos estáticos basados en
tiristores conmutados, dispuestos de dos en dos, en ramas paralelas
a cuatro de las tomas. Mediante la interacción de dichos
interruptores se consiguen nueve tensiones diferentes de salida,
sin cambiar la estructura ni el número de los devanados existentes
actualmente en los transformadores de media/baja tensión, pudiéndose
optimizar los transformadores de posterior fabricación.
Sin embargo, para adoptar la configuración
electrónica requerida se hace necesario separar
"eléctricamente" los devanados auxiliares de los principales,
lo que puede realizarse mediante una intervención mínima en los
transformadores ya existentes, o de forma inmediata en los de
posterior fabricación, pudiendo entonces realizarse dicha
optimización del transformador modificando la estructura de los
devanados, sustituyendo dos de los devanados auxiliares por uno
solo de doble número de espiras.
El incremento en el número de tensiones posibles
conseguido en éste segundo sistema es debido a que el montaje
permite la circulación de corriente tanto en un sentido como en el
contrario en cada devanado auxiliar, así como la no circulación a
través de ninguno de los devanados auxiliares, en función de que
interruptores estén abiertos o cerrados, con lo que los flujos
generados pueden tanto sumarse como restarse, siendo esta última
posibilidad la que permite el incremento de valores de tensión
obtenibles.
De esta forma, el flujo generado se sumará o
restará al principal según sea la conexión, mientras que en los
montajes existentes hasta ahora sólo se sumaban, con lo que se
consigue añadir cuatro valores adicionales a los cinco posibles
hasta ahora en este tipo de transformadores.
Con esta estructuración, se logra que solo
circule corriente simultáneamente por dos de los interruptores para
cada valor de tensión, lo que minimiza las caídas de tensión al
paso de la corriente.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente
de realización práctica del mismo, se acompaña como parte
integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con
carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1.- Muestra, un esquema eléctrico de
un cambiador estático de tomas para transformadores de media
tensión manual.
La figura 2.- Muestra, un esquema eléctrico de
una sola fase del devanado de media tensión del transformador, de
una primera realización práctica posible de la invención, en la que
se utilizan cuatro interruptores electrónicos y tres de los
devanados auxiliares.
La figura 3.- Muestra, un esquema eléctrico de
una segunda realización práctica posible de la invención, en la que
se utilizan ocho interruptores electrónicos y la totalidad de los
devanados auxiliares.
A partir de la estructuración clásica de un
transformador media/baja tensión con cambiador de tomas por
accionamiento mecánico, como el representado en la figura 1, con
sus tres devanados de media tensión (1), (1') y (1''),
correspondientes a cada una de las fases entrantes al mismo, y sus
respectivos tres devanados de baja tensión (2), (2') y (2''), y
estando divididos cada uno de dichos devanados de media tensión (1),
(1') y (1'') en una bobina principal, dividida a su vez en dos
devanados (3), (3'), a cada uno de las cuales se le conectan dos
devanados auxiliares (4), (5), (6) y (7) en serie, y siendo los
puntos de unión accesibles mediante bornes o tomas (8), (9), (10),
(11), (12) y (13), soldadas a tal efecto, la invención propone la
sustitución en cada uno de los devanados de media tensión (1), (1')
y (1'') de los interruptores mecánicos (14) por interruptores
electrónicos estáticos (15), (15'), (15'') y (15'''), basados en
tiristores conmutados, que pueden ser regulados automáticamente o
telemandados, para conseguir la tensión de salida requerida sin
necesidad de desconectar la carga del transformador de media/baja
tensión.
Para ello, y de acuerdo con un primer ejemplo de
realización práctica de la invención, tal y como se puede observar
en la figura 2, el dispositivo cambiador de tomas para
transformadores media/baja tensión que la invención propone,
utiliza únicamente cuatro tomas (9), (10), (11) y (12) de las seis
posibles, minimizando el número de interruptores electrónicos
empleados a cuatro, conectándose dos de ellos (15) y (15') en
paralelo por uno de sus extremos a la toma (9) y por el contrario,
respectivamente a las tomas (11) y (13), de manera que los
interruptores electrónicos (15'') y (15''') se conectan en paralelo
a la toma (10) y por su extremo contrario a las tomas (11) y (13)
respectivamente.
Se consigue así, mediante el accionamiento de
sólo uno de los interruptores (15), (15'), (15'') y (15'''), que la
corriente circule a través de cuatro recorridos distintos
atravesando o no las distintas bobinas auxiliares (5), (6) y (7), y
por lo tanto circulando a través de cuatro conjuntos posibles de
números de espiras, lo que conlleva cuatro niveles de tensiones
posibles a la salida del transformador.
Este sistema puede aplicarse a transformadores
de nueva construcción, eliminando las tomas (8) y (12), y
reduciendo los devanados (6) y (7) a uno solo.
De acuerdo con un segundo ejemplo de realización
práctica de la invención, tal y como se observa en la figura 3, la
conexión del conjunto de los devanados auxiliares (4), (5) (6) y
(7) a los devanados principales (3), (3') se altera, de manera que
a partir de las tomas (8), (9), (12) y (13), se conectan dos ramas
a cada una de dichas tomas, estando una de las ramas de cada citada
toma conectada al devanado (3) a través de sus respectivos
interruptores electrónicos (16), (18), (20) y (22) y la otra
conectada al devanado (3'), por medio de los interruptores
electrónicos (17), (19), (21) y (23).
Por lo tanto, para que circule corriente a
través de dicho circuito, y por consiguiente, se genere un nivel de
tensión a la salida del transformador, es necesario que dos
interruptores electrónicos estén conectados simultáneamente, uno
perteneciente a la rama (16)-(18)-(20)-(22) que está conectada al
devanado (3) y otro perteneciente a la rama (17)-(19)-(21)-(23) que
está conectada al devanado (3'), para poder cerrar el circuito.
Esta disposición y control de los interruptores
electrónicos hace posibles nueve recorridos a través de los
devanados auxiliares (4), (5), (6) y (7) que generan nueve niveles
de tensión distintos y equidistantes a la salida del transformador,
ya que mediante dicha estructuración se posibilita la circulación
en ambos sentidos de la corriente inductora a través de las bobinas
auxiliares, con lo que se consigue, adicionalmente a los cinco
niveles de tensión obtenidos (cuatro de ellos mediante la adición
de los niveles de tensión creados por los devanados auxiliares),
cuatro niveles de menor valor al generar las corrientes inversas
sobre los devanados auxiliares tensiones del mismo valor, pero
signo contrario.
En este ejemplo de realización, entre las tomas
(10) y (11) no se interpone ningún interruptor, con lo que se puede
optimizar la estructura de devanados en transformadores de futura
fabricación mediante la reducción de los devanados (5) y (6) a un
único devanado con un número de espiras equivalente a la suma de
las dos.
Claims (3)
1. Dispositivo cambiador de tomas para
transformadores de media/baja tensión, del tipo de los utilizados
en la distribución de líneas de baja tensión para permitir regular
los niveles de tensión a la salida de dicho transformador en
función de la carga de la línea de distribución asociada al mismo,
estando constituido cada uno de sus tres devanados de media tensión
(1), (1') y (1'') correspondientes a cada fase, por una serie de
devanados auxiliares (4), (5), (6) y (7) que pueden conectarse y
desconectarse de su devanado principal para variar dicha relación
de tensiones, caracterizado por incorporar, asociados a las
tomas de dichos devanados auxiliares, una serie de interruptores
electrónicos estáticos (15), (15''), (15'') (15'''), (16), (17),
(18), (19), (20), (21), (22) y (23), basados en electrónica de
potencia, que pueden ser regulados automáticamente o telemandados,
para mantener dicha tensión de salida sin necesidad de desconectar
la carga del transformador de media/baja tensión.
2. Dispositivo cambiador de tomas para
transformadores de media/baja tensión, según reivindicación 1ª
caracterizado incorporar cuatro interruptores electrónicos
(15), (15''), (15'') y (15'''), que dispuestos sobre cuatro tomas
del transformador media/baja tensión permiten cuatro recorridos
posibles de la corriente a través de los distintos devanados
auxiliares (4), (5), (6) y (7), que generan cuatro niveles de
tensión diferentes y equidistantes a la salida de dicho
transformador en funden del interruptor accionado.
3. Dispositivo cambiador de tomas para
transformadores de media/baja tensión, según reivindicación 1ª
caracterizado por incorporar ocho interruptores electrónicos
(16), (17), (18), (19), (20), (21), (22) y (23) distribuidos
paralelamente dos a dos sobre cuatro tomas (8), (9), (12) y (13) de
los devanados auxiliares (4), (5), (6) y (7) de dicho transformador,
de tal manera que mediante el accionamiento simultaneo de dos de
los citados interruptores se consiguen nueve recorridos posibles de
la corriente a través del devanado de media tensión; un primer
recorrido que evita los devanados auxiliares, cuatro recorridos
distintos que atraviesan los devanados auxiliares en un sentido
"positivo" y cuatro recorridos que atraviesan los devanados
auxiliares en un sentido "negativo", generándose nueve niveles
de tensión posibles a la salida del transformador.
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| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20070516 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2274684B1 Country of ref document: ES |