ES2326846T3 - Bobina de tension primaria ajustable para transformador seco y transformador at/bt que comprende la misma. - Google Patents
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Abstract
Bobina plana de potencia (10) para transformador de alta tensión/baja tensión que comprende un arrollamiento anular de espiras entre una entrada y una primera salida, y un encapsulado (14) de resina aislante, siendo la entrada y la primera salida accesibles desde el exterior del encapsulado (14), caracterizada por la presencia de por lo menos una segunda salida del arrollamiento, correspondiente a una tensión distinta de la primera salida, accesible desde el exterior del encapsulado (14).
Description
Bobina de tensión primaria ajustable para
transformador seco y transformador AT/BT que comprende la misma.
La invención concierne de forma general a la
realización de transformadores de potencia para la distribución de
energía eléctrica, monofásicos o polifásicos, de tipo cubierto o
sumergido, en los que se puede modular la tensión primaria o
secundaria.
Particularmente, la invención se refiere a una
bobina de alta tensión, a menudo externa, para una parte activa de
un transformador, efectuada en forma de bobinas planas apiladas cuya
orientación relativa permite modificar la tensión de entrada, así
como a las bobinas planas adaptadas para tal uso.
La invención concierne asimismo a módulos de
transformador así como a las celdas unitarias de estos módulos,
formados con un número variable de bobinas planas.
Para la distribución de energía se baja
normalmente la tensión de la red del nivel de "alta tensión"
(entre 5 y 52 kV) a un nivel de "baja tensión" (inferior a 1000
V); unos transformadores de alta tensión/baja tensión (AT/BT)
permiten esta modificación, a costa de intercambios térmicos
intensos. De forma convencional, estos transformadores utilizan
aceites minerales como fluido aislante y transmisor térmico.
Con el fin específico de preservar el entorno y
de evitar los riesgos de fuego, se han desarrollado transformadores
llamados cubiertos, o de aislamiento sólido, en los que ambos
arrollamientos primario y secundario, concéntricos, están embebidos
en resina dieléctrica de colada. La resina garantiza, además del
aislamiento eléctrico, los intercambios térmicos con el aire con el
fin de refrigerar el transformador. Los transformadores de potencia
cubiertos pueden estar además acorazados, particularmente a la
altura de la bobina de AT externa, para aumentar su aislamiento
respecto al entorno. En el documento WO98/10446 se da un ejemplo de
realización.
Sin embargo, el procedimiento de realización de
las bobinas es gravoso y este tipo de transformador cubierto sigue
siendo oneroso. Particularmente, los arrollamientos se fabrican la
mayoría de las veces por encargo, partiendo de un pliego de
condiciones del cliente, en función de las tensiones que éste
pretende tratar y de la potencia proyectada.
Entre otras ventajas, la invención tiene como
propósito paliar inconvenientes de los transformadores existentes,
racionalizando la gama de arrollamientos, especialmente llevando a
cabo bobinas que se pueden adaptar a transformadores de potencia
y/o tensión primaria diferentes.
La invención concierne particularmente a una
bobina, de alta tensión (reivindicación 5), llevada a cabo mediante
superposición de bobinas planas de potencia que comprende varias
salidas (reivindicación 1). Según la conexión sobre una bobina
plana y/o entre dos bobinas planas de potencia consecutivas, es
posible ajustar la tensión de entrada al aumentar la potencia
soportada de entrada; según el número de bobinas planas, es posible
ajustar la potencia.
Atendiendo a uno de sus aspectos, la invención
tiene relación con una bobina plana de potencia cubierta de una
resina aislante y que comprende una entrada y una pluralidad de
salidas accesibles, preferentemente dos, del arrollamiento de
espiras. Ventajosamente, la distribución angular de los bornes en lo
referente a las entradas/salidas es regular. Preferentemente, las
entradas/salidas son accesibles desde cada cara de la bobina plana,
gracias a la presencia de sobremoldeos laterales de resina en los
que un dispositivo de conexión permite la inserción de un conector
que coopera con otra bobina plana. Un ejemplo preferente concierne a
dos salidas, por ejemplo a 6 y 7 kV, y una entrada equidistantes a
120º que desembocan en tres protuberancias.
Atendiendo a otro aspecto, la invención
concierne a una bobina compuesta de una pluralidad de bobinas planas
de potencia superpuestas y conectadas entre sí en serie y/o en
paralelo, comprendiendo, por lo menos una de las bobinas planas,
preferentemente todas ellas, una pluralidad de salidas de tensiones
diferentes. Ventajosamente, todas las bobinas planas de potencia
son idénticas y comprenden especialmente una protuberancia para cada
borne de entrada y de salida en la que se puede insertar un
conector para enlazarlas directamente entre sí; se pueden implantar
tapones en las protuberancias que no estén conectadas
eléctricamente. El ajuste de la tensión primaria se lleva entonces
a cabo mediante la elección de la conexión (serie o paralelo) y la
orientación relativa de las bobinas planas de
potencia.
potencia.
De acuerdo con la invención, una bobina de alta
tensión para transformador AT/BT según la invención comprende
varias bobinas planas de potencia con varias salidas superpuestas,
asociadas a dos bobinas planas terminales, comprendiendo cada
bobina plana terminal un borne de conexión hacia el exterior. De
este modo, se simplifican las bobinas planas de potencia y se
uniformizan al máximo, siendo así posible, mediante las bobinas
planas terminales, adaptarse a las tecnologías de conexionado
externas del cliente y/o a la disposición modular que se pretenda
para los transformadores.
Las bobinas planas terminales pueden tener un
diseño idéntico, o se puede dotar a una de ellas de medios que
permitan una conexión con el borne de la otra bobina plana terminal.
Una por lo menos de las bobinas planas terminales se adapta para
ser conectada con otra bobina plana (por ejemplo la bobina plana
terminal de otra bobina según la invención) y/o para el empalme al
cliente.
Una bobina de AT según la invención se puede
asociar con una bobina de BT con el fin de llevar a cabo una parte
activa de transformador. Se pueden asociar tres partes activas con
un circuito magnético de tal forma que efectúen un módulo de
transformación trifásica.
Otras ventajas y características resultarán más
evidentes a partir de la descripción que sigue de formas de
realización particulares de la invención, dadas a título ilustrativo
y en modo alguno limitativas, mostradas en las figuras que se
adjuntan.
La figura 1 ilustra esquemáticamente la
realización de un módulo de transformación trifásica que se puede
fabricar con bobinas planas según la invención.
La figura 2 representa una bobina plana de
potencia según una forma de realización preferente de la invención,
así como la tecnología de conexionado asociada.
Las figuras 3a y 3B muestran la obtención de
bobinas de dos tensiones primarias diferentes gracias a las mismas
bobinas planas según la invención.
Las figuras 4a y 4B representan formas de
realización preferentes de bobinas planas terminales que se pueden
asociar con una bobina según la invención.
Se describirá la invención con relación a un
apilamiento de cuatro bobinas planas de potencia idénticas que
comprenden salidas, particularmente a 6 y 7 kV, espaciadas 120º con
una entrada a 0 V del arrollamiento. Esta forma de realización es
especialmente ventajosa ya que, al tiempo que no complica de forma
excesiva la fabricación y el mantenimiento, permite abarcar la
mayoría de las aplicaciones deseadas (particularmente los
transformadores de 6, 7, 12, 14, 18, 21, 24, 28 kV). Sin embargo,
resultará claramente manifiesto para el experto en la materia que
este ejemplo ilustrativo se puede adaptar a petición y que, en
especial, son concebibles otras elecciones de tensiones de salida,
que se puede apilar un número distinto de bobinas planas, que cada
una puede comprender más salidas si se desea, como, por ejemplo,
tres salidas espaciadas 90º,...
Las bobinas planas de potencia según la
invención se usan para la fabricación de bobinas de AT de
transformador que entran a formar parte de transformadores
trifásicos. Tal y como se ilustra en la figura 1, un transformador
1 comprende tres celdas 2 de características idénticas que van
integradas en una pieza mediante culatas. Cada celda 2 comprende,
de forma concéntrica, un núcleo 4 de circuito magnético, que se
lleva a cabo preferentemente a partir de varias hojas de chapa
magnética, y una parte activa; cada parte activa se compone de una
bobina de BT 6, cubierta o impregnada de resina aislante, a cuyo
alrededor se coloca una bobina de AT 8, también cubierta. De
acuerdo con la invención, la bobina de AT 8 se compone de varias
bobinas planas de potencia 10 superpuestas; particularmente, las
bobinas planas de potencia 10 son preferentemente idénticas, a fin
de disminuir el número de referencias industriales. Como es
habitual, una bobina plana de BT 10 está constituida por un
arrollamiento de varias espiras conductoras y por un sistema de
aislamiento, por ejemplo una resina de encapsulado y/o de
impregnación; se puede prever asimismo un blindaje.
De acuerdo con la invención, es posible aumentar
la potencia en virtud del número de bobinas planas 10, pero también
multiplicar los valores de tensiones primarias admisibles: por lo
menos una bobina plana de potencia 10, ilustrada en la figura 2,
dispone de una entrada y de varias salidas que corresponden a un
número diferente de espiras y, por tanto, a diferentes pasos de
tensión, es decir, que el conjunto de espiras se extiende entre un
primer extremo de conductor correspondiente a una entrada y un
segundo extremo de conductor correspondiente a una salida, y que
aquél comprende además un acceso conductor entre los extremos
correspondiente a una salida adicional. Un sistema de conectores
permite unir las entradas y las salidas de las bobinas planas de
potencia 10 en serie o en paralelo, para que la bobina 8 resultante
dé respuesta a varias tensiones primarias.
Con el fin de facilitar las conexiones, es
ventajoso que las entradas y salidas, que también podemos calificar
de bornes, sean accesibles en ubicaciones laterales reproducibles de
la bobina plana de potencia 10, por ejemplo un cable de unión para
enlazar orificios de salida similares a los presentes en el
arrollamiento descrito en el documento WO98/10446. Sin embargo,
según una forma de realización preferente, se llevan a cabo unas
protuberancias 12, por ejemplo mediante sobremoldeo de la resina de
aislamiento 14, para hacer que desemboquen los conductores de
entrada y de salida de las bobinas planas 10. Particularmente, las
protuberancias 12 comprenden, en cada extremo, un orificio 16,
provisto por ejemplo de un aro 18 que va unido a los conductores de
entrada y de salida del arrollamiento de espiras; cada orificio 16
puede recibir un elemento de conexión 20 con el fin de efectuar la
conexión eléctrica con una bobina 10 adyacente: gracias a esta
geometría, se garantiza asimismo una integración de las bobinas en
una
pieza.
pieza.
De forma particular, para la forma de
realización que más arriba se presenta, cada bobina plana de
potencia 10 se materializa como un anillo de resina 14 en el que va
embebido el arrollamiento de espiras, provisto de tres
protuberancias 12_{0}, 12_{1}, 12_{2} a 120º que corresponden
respectivamente a la entrada (0 V) del arrollamiento de espiras y
dos salidas de distinto paso de tensión, especialmente 6 y 7 kV. Las
tres protuberancias 12 comprenden un orificio 16 en cada extremo,
en el que se puede insertar un dispositivo de conexión 20 que puede
ser conductor, como por ejemplo un bicono 22, o aislante como un
tapón 24.
Para llevar a cabo una bobina 8 de
transformador, se apilan las bobinas planas de potencia 10: según la
ordenación de los dispositivos de conexión conductores 22 en las
protuberancias 12_{i}, se abarcan diferentes tensiones primarias.
Así, tal y como se ilustra en la figura 3A, para obtener una bobina
30 con 24 kV de tensión primaria, se podrían usar cuatro bobinas
planas de potencia 10_{1}, 10_{2}, 10_{3}, 10_{4} conectadas
en serie: entre la entrada 12_{0} y la salida 12_{1} a 6 kV de
dos bobinas planas adyacentes, se insertan biconos 22.
Ventajosamente, entre las protuberancias 12_{2} no usadas se
implanta un dispositivo 24 de tipo tapón aislante, con el fin de
estabilizar el conjunto y para garantizar el
aislamiento.
aislamiento.
Tal y como se ilustra en la figura 3B, las
cuatro mismas bobinas planas de potencia 10, con una orientación
relativa diferente y otra implantación de los conectores conductores
22 (y eventuales tapones aislantes 24), permiten obtener asimismo
una bobina 40 de 14 kV de tensión primaria, realizándose la salida
en la segunda protuberancia 12_{2} de la cuarta bobina 10_{1}
(se ponen en serie dos conjuntos de dos bobinas planas puestas en
paralelo a 7 kV).
Aun sin haberse representado, el experto en la
materia llevará a cabo las modificaciones en la ubicación de los
conectores de estas cuatro bobinas planas de potencia, y la
orientación resultante de las bobinas planas, para las demás
tensiones posibles. Igualmente, según lo precise, adaptará el número
de bobinas planas. Por otro lado, según el número de pasos de
tensión de cada bobina plana de potencia, es decir, su número de
salidas, y para abarcar todas las combinaciones de conexiones entre
salidas, es posible, por ejemplo, implantar un número mayor de
entradas, o usar sistemas de conexión más complejos, o posicionar
las bobinas planas indistintamente en los dos sentidos anverso y
reverso.
Con el fin de facilitar la implantación de la
parte activa del transformador y especialmente de estandarizar y
estabilizar las conexiones de entrada y salida de la bobina de AT 8,
conviene llevar a cabo además bobinas planas terminales 50
aisladas, implantadas sobre las caras terminales de la bobina 30,
40. De forma particular, cada bobina plana terminal 50 comprende
protuberancias 52 similares a las de las bobinas planas de potencia
10, dotadas de orificios, que ventajosamente no desembocan más que
en una cara, en las que se pueden insertar medios de enlace como
los biconos 22 y los tapones 24; también los orificios están
provistos de un sistema que permite la conducción eléctrica, por
ejemplo de naturaleza similar al de las bobinas planas de potencia
10 (aros 18,...). Las bobinas planas terminales comprenden además
uno o varios bornes de entrada y/o salida 54 que permiten la
conexión más "clásica" hacia sistemas exteriores (cables de
empalme, otra bobina plana,...); los bornes de acometida de
corriente 54 pueden ser laterales o ubicados sobre una cara de la
bobina plana 50. Según la ordenación de los módulos de
transformador, es posible que las bobinas planas terminales sean
entonces de orientación fija.
De acuerdo con una primera forma de realización
preferente, ilustrada en la figura 4A, las dos bobinas planas
terminales 50 son idénticas, simplemente vueltas una respecto a la
otra con el fin de posicionar de forma apropiada el orificio de las
protuberancias; cada protuberancia 52 va conectada eléctricamente
con un borne 54, que sirve de acometida en la bobina plana superior
y de salida en la bobina plana inferior. Este sistema reduce al
mínimo el número de piezas y además permite posicionar los bornes de
entrada y de salida según cualquier orientación relativa. El borne
se puede duplicar, preferentemente con dos bornes de entrada, y
respectivamente de salida, laterales, diametralmente opuestos.
Puede ser ventajoso, de acuerdo con otra forma
de realización preferente ilustrada en la figura 4B, usar una
bobina plana terminal 50', preferentemente la bobina plana 50'
superior, que comprende a la vez bornes de entrada 54' y de salida
56', por ejemplo sobre su cara externa, tal y como está descrito en
la solicitud de patente FR0702011 titulada "Partie active de
transformateur enrobé munie d'un système de connexion à une
extrémité et transformateur HT/BT modulaire la comprenant" (Parte
activa de transformador cubierto provista de un sistema de conexión
de un extremo y transformador AT/BT modular que comprende la misma).
Los dos bornes de salida 56' se enlazan eléctricamente con un
acceso 58', por ejemplo lateral, que se enlazará con el borne de
salida 54 de la bobina plana inferior 50 anterior; por ejemplo, el
acceso 58' se posiciona por encima del borne 54 de tal forma que se
use una barra de conexión. Esta opción permite hacer más accesible
la zona de conexión, lo que puede ser particularmente ventajoso si
se ponen en paralelo módulos de transformador con el fin de llevar
a cabo un banco de transformación modular.
Se entiende que las distintas formas de
realización, especialmente para las conexiones y los bornes, se
pueden combinar según el pliego de prescripciones y las
restricciones de espacio. Igualmente, son posibles alternativas.
\newpage
La invención permite, entre otras ventajas:
- llevar a cabo varios modelos de
transformadores (potencia, tensión primaria, sistema de
conexión,...) con pocas referencias industriales;
- reducir los plazos y los costes de fabricación
mediante la optimización del útil industrial;
- reducir los plazos de entrega gracias a un
ensamblaje basado en existencias que se puede optimizar;
- llevar a cabo un sistema que permite aumentar
el valor añadido local, especialmente distribuyendo individualmente
las piezas que componen el transformador y ensamblándolas sobre el
terreno;
- reducir los costes de mantenimiento, al ser
intercambiables las bobinas.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante no tiene otro propósito que servir de ayuda al lector y
no forma parte del documento de Patente Europea. A pesar de la gran
atención dedicada a su confección, no puede descartarse la
presencia de errores u omisiones, en cuyo caso la OEP declina toda
responsabilidad.
- \bullet WO 9810446 A [0005][0022]
- \bullet FR 0702011 [0029]
Claims (11)
1. Bobina plana de potencia (10) para
transformador de alta tensión/baja tensión que comprende un
arrollamiento anular de espiras entre una entrada y una primera
salida, y un encapsulado (14) de resina aislante, siendo la entrada
y la primera salida accesibles desde el exterior del encapsulado
(14), caracterizada por la presencia de por lo menos una
segunda salida del arrollamiento, correspondiente a una tensión
distinta de la primera salida, accesible desde el exterior del
encapsulado (14).
2. Bobina plana de potencia según la
reivindicación 1, que comprende dos salidas y una entrada, todas
separadas 120º.
3. Bobina plana de potencia según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, en la que el encapsulado (14) comprende
protuberancias laterales (12), estando unidas cada entrada y cada
salida a una protuberancia distinta y desembocando a una y otra
parte de la protuberancia (12).
4. Bobina plana de potencia según la
reivindicación 3, en la que cada protuberancia (12) que comprende
una entrada o una salida comprende un sistema conductor (18) desde
el arrollamiento de espiras hasta un orificio (16) en el que se
puede insertar un conector eléctrico (22).
5. Bobina de alta tensión (30, 40) para
transformador de alta tensión/baja tensión que comprende una
superposición de una pluralidad de bobinas planas de potencia (10)
dotadas de una entrada y de una salida, definiéndose por lo menos
una de las bobinas planas de potencia (10) según una de las
reivindicaciones 1 a 4, y estando unida cada bobina plana de
potencia (10_{1}) a por lo menos otra bobina plana de potencia
(10_{2}) mediante por lo menos un dispositivo de conexión
conductor (22).
6. Bobina de alta tensión (30, 40) para
transformador de alta tensión/baja tensión que comprende una
superposición de una pluralidad de bobinas planas de potencia (10)
según la reivindicación 4 idénticas, estando unida cada bobina
plana de potencia (10) a por lo menos otra bobina plana de potencia
mediante por lo menos un dispositivo de conexión conductor (22) en
el orificio (16) de una protuberancia (12).
7. Bobina según la reivindicación 6, que
comprende tapones aislantes (24) en los orificios (16) no unidos
mediante dispositivos de conexión conductores (22).
8. Bobina (30, 40) según una de las
reivindicaciones 5 a 7, que comprende además por lo menos una
primera bobina plana terminal (50) que comprende por lo menos un
primer borne de entrada/salida (54) de la corriente unido
eléctricamente a por lo menos un sistema de conexión (52) que puede
ir asociado a una bobina plana de potencia (10) mediante un
dispositivo de conexión conductor (22).
9. Bobina según la reivindicación 8, que
comprende además una segunda bobina plana terminal (50') que
comprende dos bornes de entrada (54') de la corriente unidos
eléctricamente a por lo menos un sistema de conexión (52') que
puede ir asociado a una bobina plana de potencia (10) mediante un
dispositivo de conexión conductor (22) y dos bornes de salida (56')
asociados a un acceso (58') que puede ir unido al primer borne (54)
de la primera bobina plana terminal (50).
10. Parte activa de transformador que comprende
de forma concéntrica una bobina de baja tensión (6) y una bobina de
alta tensión según una de las reivindicaciones 5 a 9.
11. Módulo de transformador trifásico que
comprende tres partes activas según la reivindicación 10 y un
circuito magnético.
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