ES2334689T3 - Dispositivo para regular la tension electrica. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para regular la tensión eléctrica en la red de suministro eléctrico con un transformador de regulación, en el que el transformador de regulación de cada fase tiene un devanado principal y un devanado de regulación independiente que está provisto de derivaciones y en el que las derivaciones individuales pueden estar eléctricamente acopladas por elementos de conmutación, y que pueden conectarse con un derivador de corriente, caracterizado porque el devanado (3) de regulación tiene tres derivaciones (A1... A3), porque la primera y la tercera derivaciones (A1 y A3) están dispuestas, cada una de ellas, en un respectivo extremo del devanado (3) de regulación, y la segunda derivación (A2) está dispuesta exactamente en el centro del devanado (3) de regulación, porque el extremo del devanado principal (1) están conectado con la segunda derivación (A2), porque el devanado (3) de regulación está dimensionado de manera que la longitud del devanado entre la primera y segunda derivaciones (A1 y A2) y también entre la segunda y tercera derivaciones (A2 y A3), es de un X% de la longitud del devanado principal (1), en el que X es un número natural, porque la primera derivación (A1) está eléctricamente conectada con la entrada de un primer elemento (V1, Th1) de conmutación, la segunda derivación (A2) con la entrada de un segundo elemento (V2, Th2) de conmutación y la tercera derivación (A3) con la entrada de un tercer elemento (V3, Th3) de conmutación, porque la salida del primer elemento (V1, Th1) de conmutación y la salida del segundo elemento (V2, Th2) de conmutación están conectadas, cada una de ellas, con el respectivo extremo de uno de los dos extremos de un devanado (4) de una reactancia, porque la salida del tercer elemento (V3, Th3) de conmutación está eléctricamente conectado con la salida del primer elemento (V1, Th1) de conmutación, porque un elemento adicional (V4, Th4) de conmutación está dispuesto en paralelo con el devanado (4) de la reactancia y porque exactamente el centro del devanado (4) de la reactancia conduce al derivador de corriente.
Description
Dispositivo para regular la tensión
eléctrica.
La invención está relacionada con un dispositivo
para regular la tensión eléctrica en la red del suministro
eléctrico.
En el caso de los extendidos sistemas centrales
de suministro eléctrico de hoy día, la regulación de la tensión se
lleva a cabo normalmente por medio de transformadores de regulación
en las conexiones del suministro eléctrico central de los
respectivos suministros eléctricos de alta tensión o media tensión.
Para este fin, los devanados de regulación de los respectivos
transformadores de regulación están provistos de derivaciones en los
devanados; se puede llevar a cabo una conmutación ininterrumpida
entre derivaciones contiguas con carga de los devanados, por medio
de conmutadores de derivaciones.
Los conmutadores de derivaciones adecuados para
ese fin pueden ser divididos básicamente en dos clases: los del
tipo de interruptores de resistencia de acción rápida, en los cuales
hay presentes resistencias óhmicas de conmutación, que solamente se
cargan transitoriamente, para limitar la corriente del circuito que
fluye durante la conmutación y que, consecuentemente, producen una
rápida conmutación entre las derivaciones de los devanados, y los
del tipo de conmutadores reactivos, en los cuales se disponen
impedancias inductivas de conmutación, por lo que también es
posible una conmutación lenta y continua.
Sin embargo, en el caso de la regulación de
tensión descrita en el campo del suministro eléctrico de alta
tensión o media tensión, no es posible realizar fácilmente en los
sistemas de suministro de energía descentralizados, la regulación
en transformadores de distribución.
Los denominados "reguladores de tensión"
han sido utilizados, particularmente en Estados Unidos, para esta
regulación (en proximidad al consumidor) de la baja tensión en
suministros eléctricos descentralizados. La mayoría de los
"reguladores de tensión" normales actuales son monofásicos,
tienen impedancias inductivas de conmutación, denominadas también
reactancias o devanados de reactancia, y permiten una regulación de
tensión en 32 pasos, cada uno del 5/8%, es decir, en la gama de +/-
10%.
Otra forma de estos "reguladores de
tensión" es la del tipo "Auto-Booster"
(Auto-Elevadores) (Marca Registrada). Estos
aparatos son sustancialmente de una construcción más sencilla y
permiten la regulación ascendente en 4 pasos, cada uno de 2½% o
1½%, es decir, en total +10% o +6%.
Otra solución a la regulación de la tensión,
llevada a cabo en la proximidad del consumidor, en el campo de baja
tensión, está descrita en el documento WO 01/33308 y WO 03/044611.
Estas dos solicitudes están basadas en la idea general de
proporcionar un transformador de regulación solamente con unas pocas
derivaciones. Los devanados componentes individuales son
seleccionados cíclicamente por medio de un conmutador inversor,
donde el transformador de regulación ha de tener una impedancia de
fuga de tal dimensión que la corriente del circuito, en el caso de
un cortocircuito en derivaciones contiguas de los devanados
componentes (que tiene lugar transitoriamente al conmutar en
condiciones de carga) ha de ser limitada al orden de magnitud de la
corriente nominal. Las resistencias típicas de conmutación de los
conmutadores clásicos de las derivaciones pueden ser eliminadas de
esta manera. En esta configuración, que ha de ser adecuada no
solamente para la construcción de transformadores de regulación
como auto-transformador, sino también como
transformador de devanados independientes, son posibles numerosos
modos de realización diferentes del conmutador inversor. Por tanto,
se propone utilizar como conmutador inversor un conmutador inversor
de carga, que es carente de contactos de resistencias y que tiene
exclusivamente contactos principales, de un conmutador de
derivación. De acuerdo con otras propuestas, el conmutador inversor
será construido como un interruptor selectivo de leva de múltiples
etapas, formado también a partir de una cadena de relés o
contactores o consistente exclusivamente en una cadena de
interruptores electrónicos, particularmente interruptores de
tiristores. El número de elementos de conmutación requeridos del
conmutador inversor corresponde entonces al número de posibles
ajustes.
Es desventajoso en este estado de la técnica
conocido, que al menos en el caso del transformador de devanados
independientes, debe haber presentes un devanado principal y un
devanado de regulación independientes. Con el fin de excitar la
inductancia de fuga de cada paso, con una dimensión tal que la
corriente escalonada de cortocircuito alcance solamente la
dimensión de la corriente nominal, se requiere un canal corto de
fuga. A partir de eso resulta un devanado de regulación
independiente y corto que aumenta la anchura y profundidad del
transformador. Este gasto en los costes del transformador excede en
muchos casos de la ventaja debida a las resistencias de conmutación
omitidas. Más aún, el método de regulación se hace difícil; la
configuración conocida es particularmente inadecuada para circuitos
en paralelo.
Es objeto de la invención indicar un dispositivo
sencillo y económico para regular la tensión eléctrica en
transformadores de distribución y reguladores de tensión, con tan
pocos elementos de conmutación como sea posible.
El objeto se consigue con el dispositivo cuyas
características están en la primera reivindicación. Las
reivindicaciones dependientes están relacionadas a desarrollos
particularmente ventajosos de la invención.
El dispositivo de acuerdo con la invención está
previsto preferiblemente para transformadores de regulación o de
distribución, con una pequeña gama reguladora, por ejemplo de +/- 5%
en pasos de 2,5%, en total, por ejemplo, 5 pasos. El dispositivo de
acuerdo con la invención es adecuado no solamente para
transformadores de aceite, sino también para transformadores secos.
La ventaja particular del mismo consiste en que solamente se
requiere un agrandamiento mínimo de las dimensiones del respectivo
transformador de distribución y se ofrece un alto nivel de
capacidad de servicio y de funcionamiento. Esto es debido al hecho
de que el dispositivo de acuerdo con la invención se concibe como
un aparato de conmutación que efectúa la dispensación con selectores
que se desplazan mecánicamente o selectores de carga de un
conmutador de derivación con carga. Más aún, el dispositivo de
acuerdo con la invención tiene un grado de complejidad pequeño, en
particular tiene solamente unos pocos componentes y elementos de
conmutación. Por ejemplo, solamente se requieren cuatro elementos de
conmutación para un modo de realización con cinco pasos de
selección de tensión, como se explica con más detalles a
continuación. Estos elementos de conmutación pueden ser construidos,
con una ventaja particular, como una pareja de tiristores en
antiparalelo, o también como células de conmutación en vacío.
Se explicará la invención con más detalle en lo
que sigue, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los
cuales:
La figura 1 muestra una configuración
esquemática del circuito de un primer dispositivo, de acuerdo con la
invención;
la figura 2 muestra una tabla de los pasos de
tensión que pueden conseguirse con este dispositivo, dependiendo
del ajuste de los elementos individuales de conmutación;
la figura 3 muestra los respectivos ajustes de
los elementos individuales de conmutación, con estos pasos
de
tensión;
tensión;
la figura 4 muestra un dispositivo adicional de
acuerdo con la invención, para la regulación de la tensión en el
lado de la carga de un regulador de tensión;
la figura 5 muestra un dispositivo adicional de
acuerdo con la invención, para la regulación de la tensión en el
lado primario de un regulador de tensión;
la figura 6 muestra un dispositivo adicional de
acuerdo con la invención, con elementos de conmutación de
construcción alternativa; y
la figura 7 muestra un dispositivo adicional de
acuerdo con la invención, con una configuración de conmutación
ampliada.
El primer dispositivo de acuerdo con la
invención está ilustrado esquemáticamente en la figura 1. Se ilustra
un devanado principal 1 de un transformador de regulación, cuyo
extremo 2 del devanado es conducido al centro de un devanado
independiente 3 de regulación del transformador de regulación. El
devanado 3 de regulación tiene tres derivaciones independientes
A1... A3. Las derivaciones A1 y A3 están dispuestas,
respectivamente, en extremos opuestos del devanado 3 de regulación,
y la derivación A2 exactamente en el centro, en cuyo lugar está
presente la conexión con el extremo 2 del devanado principal 1. El
devanado 3 de regulación está dimensionado de tal manera que la
longitud efectiva del devanado entre las derivaciones A1 y A2 y
también entre las derivaciones A2 y A3 se corresponde, en cada
caso, con el 5% de la longitud del devanado principal 1. Obviamente,
también son posibles otras longitudes del devanado.
Cada una de las derivaciones A1... A3 está
conectada con la entrada de un elemento de conmutación, en este
caso con un interruptor V1... V3 de vacío. La salida del primer
interruptor V1 de vacío, que está conectada con la derivación A1 en
el primer extremo del devanado 3 de regulación, y la salida del
segundo interruptor V2 de vacío, que está conectada con la
derivación A2 en el centro del devanado 3 de regulación, conducen a
los dos extremos de un devanado 4 de la reactancia; en paralelo con
ellos, hay dispuesto un elemento de conmutación adicional, en este
caso un interruptor adicional V4 de vacío, entre estas dos salidas.
La salida del tercer interruptor V3 de vacío, que está conectada
con la derivación A3 en el otro extremo del devanado 3 de
regulación, está eléctricamente conectada con la salida del primer
interruptor V1 de vacío. El centro del devanado 4 de la reactancia
conduce al derivador de corriente. Para este fin, se dispone una
derivación 5 en el devanado 4 de la reactancia.
Mediante el correspondiente accionamiento de los
interruptores V1... V4 de vacío, la tensión en este ejemplo puede
ser, por tanto, regulada en la gama de +/- 5% en pasos de 2,5%.
La figura 2 muestra, para el ejemplo ilustrado
en la figura 1, una tabla de los cinco pasos posibles diferentes de
la tensión, dependiendo del ajuste de los respectivos interruptores
V1... V4 de vacío. En ese caso, c significa la posición cerrada
("cerrada") y o significa la posición abierta del respectivo
interruptor.
Puede observarse que con estos cuatro
interruptores de vacío se pueden fijar un total de cinco pasos de
tensión. Esto es debido al hecho de que en las derivaciones A1 y A3
es posible hacer una derivación cada vez de una tensión en
alrededor del +/- 5% con respecto a la derivación A2, y a través del
acoplamiento eléctrico apropiado del devanado 4 del reactor,
nuevamente la mitad de la misma; consecuentemente se puede
superponer un 2,5%.
El control de los interruptores V1... V4 de
vacío es posible de una manera sencilla, por ejemplo con
interruptores de leva, ya que resulta una secuencia de
accionamiento sencilla, dependiendo de la dirección de conmutación
de "tensión más alta" o "tensión más baja", por medio de
una conmutación de conexión o desconexión.
La figura 3 muestra los diferentes ajustes de
los interruptores V1... V4 de vacío del circuito que está ilustrado
en la figura 1 y explicado anteriormente, con los pasos individuales
de tensión, tal como se ilustra en la tabla de la figura 2.
La figura 4 muestra una configuración de acuerdo
con la invención, como un componente de un regulador de tensión
para regular en el lado de la carga. Se puede observar que la
tensión U_{S} de entrada está presente en el devanado principal
1, cuyo extremo conduce a la derivación central del devanado 3 de
regulación, que está ilustrado en la derivación A2. Nuevamente, las
derivaciones A1 y A3 están dispuestas en los dos extremos del
devanado 3 de regulación, cada uno de ellas con la separación del 5%
del devanado principal. La posición y la función de los
interruptores V1... V4 de vacío ya han sido explicadas, al igual que
el devanado 4 ilustrado de la reactancia. Además, también se
ilustra en este caso un convertidor 6 de corriente y un convertidor
7 de tensión en el lado de la carga. Así, se pueden verificar de
una manera conocida los valores reales de la corriente y la tensión
de la carga. Con ayuda de un regulador, que no está ilustrado en
este caso y que es conocido por sí mismo, se efectúa una
comparación de los valores objetivo/real y se toma una decisión con
el resultado sobre la regulación necesaria en la dirección "más
alta" o "más baja". Con eso se efectúa el cambio
correspondiente en los estados de conmutación de los interruptores
V1... V4 de vacío, como se ilustra en la figura 2. Si el control de
estos interruptores V1... V4 de vacío se lleva a cabo por medio del
control de una leva, se efectúa de una manera muy simple la
rotación de la leva de conmutación en 72 grados, según una
actuación dependiente de la dirección.
La figura 5 muestra una configuración de acuerdo
con la invención, para la regulación en el lado de la entrada
(fuente) de un regulador de tensión. La función no cambia.
La figura 6 muestra una configuración adicional
de acuerdo con la invención, en este caso con parejas de tiristores
Th1... Th4, como elementos de conmutación, conectados en
antiparalelo.
Dentro del alcance de la invención, los
elementos de conmutación descritos se pueden construir no solamente
con interruptores de vacío, como se ha explicado con más detalle
anteriormente, sino también por medio de interruptores mecánicos o
incluso con interruptores de tiristores. El modo de realización que
se ilustra en esta memoria con interruptores de tiristores, tiene
la ventaja de que la configuración de acuerdo con la invención
ofrece globalmente un interruptor completamente estático sin ninguna
forma de elementos de accionamiento que se muevan mecánicamente.
Para el control de la excitación de los interruptores Th1... Th4 de
tiristores, la tabla de la figura 2 puede ser convertida
fácilmente, por ejemplo, por un experto en sistemas de lógica de
control de excitación eléctrica.
También es posible, dentro del alcance de la
invención, ampliar la configuración que está ilustrada en la figura
1, en forma de cascada al disponer más de tres derivaciones en el
devanado 3 de regulación, y cada una de estas derivaciones
adicionales está acoplada eléctricamente de forma similar por un
propio elemento de conmutación. En la figura 7 se ilustra un
ejemplo de eso con solamente una derivación adicional A4 en este
caso. El devanado 3 de regulación en el caso de tal modo de
realización de la invención, está dimensionado de tal manera que la
longitud del devanado entre todas las derivaciones A1... A4 es la
misma cada vez, por ejemplo una cantidad cada vez del 5% de la
longitud del devanado principal 1. Es por tanto fácilmente posible
para el experto ampliar la correspondiente tabla de estados, de
manera análoga a la ilustración mostrada en la figura 2, en
correspondencia con los pasos adicionales de tensión que pueden
conseguirse de acuerdo con la invención. Este principio de cascada
puede ampliarse según se desee.
Claims (5)
1. Dispositivo para regular la tensión eléctrica
en la red de suministro eléctrico con un transformador de
regulación, en el que el transformador de regulación de cada fase
tiene un devanado principal y un devanado de regulación
independiente que está provisto de derivaciones y en el que las
derivaciones individuales pueden estar eléctricamente acopladas por
elementos de conmutación, y que pueden conectarse con un derivador
de corriente, caracterizado porque el devanado (3) de
regulación tiene tres derivaciones (A1... A3), porque la primera y
la tercera derivaciones (A1 y A3) están dispuestas, cada una de
ellas, en un respectivo extremo del devanado (3) de regulación, y
la segunda derivación (A2) está dispuesta exactamente en el centro
del devanado (3) de regulación, porque el extremo del devanado
principal (1) están conectado con la segunda derivación (A2), porque
el devanado (3) de regulación está dimensionado de manera que la
longitud del devanado entre la primera y segunda derivaciones (A1 y
A2) y también entre la segunda y tercera derivaciones (A2 y A3), es
de un X% de la longitud del devanado principal (1), en el que X es
un número natural, porque la primera derivación (A1) está
eléctricamente conectada con la entrada de un primer elemento (V1,
Th1) de conmutación, la segunda derivación (A2) con la entrada de
un segundo elemento (V2, Th2) de conmutación y la tercera derivación
(A3) con la entrada de un tercer elemento (V3, Th3) de conmutación,
porque la salida del primer elemento (V1, Th1) de conmutación y la
salida del segundo elemento (V2, Th2) de conmutación están
conectadas, cada una de ellas, con el respectivo extremo de uno de
los dos extremos de un devanado (4) de una reactancia, porque la
salida del tercer elemento (V3, Th3) de conmutación está
eléctricamente conectado con la salida del primer elemento (V1, Th1)
de conmutación, porque un elemento adicional (V4, Th4) de
conmutación está dispuesto en paralelo con el devanado (4) de la
reactancia y porque exactamente el centro del devanado (4) de la
reactancia conduce al derivador de corriente.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el valor de X es igual a 5.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque se disponen interruptores (V1... V4) de
vacío como elementos de conmutación.
4. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque se disponen interruptores de
semiconductores, particularmente interruptores (Th1... Th4) de
tiristores, como elementos de conmutación.
5. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el devanado (3)
de regulación, para aumentar el número de pasos de regulación
posibles, tiene una o más derivaciones adicionales (A4), cada una
de ellas con un respectivo elemento adicional (V5, Th5) de
conmutación, que está o están conectadas, cada una de ellas, en
forma de cascada.
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