ES2348842B2 - Sistema de regulacion de flujo luminoso de alto rendimiento para sistemas de alimentacion de alumbrado. - Google Patents
Sistema de regulacion de flujo luminoso de alto rendimiento para sistemas de alimentacion de alumbrado. Download PDFInfo
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Abstract
Sistema de regulación de flujo luminoso de alto
rendimiento para sistemas de alimentación de alumbrado dispuesto
entre la red de alimentación y la red de utilización. Consta de
diversos elementos electromagnéticos que reducen eficientemente el
flujo luminoso de las lámparas, mediante la disminución de la
tensión de alimentación de las mismas.
El sistema se basa en la utilización de un
transformador alimentado directamente de la red en su devanado
primario, con el secundario en serie con el primario y la línea de
alumbrado. Esta configuración proporciona dos niveles de tensión en
la carga según la posición de contactores activados por medio de un
sistema de control.
Como opción puede añadirse en serie un sistema
de estabilización basado en el mismo principio de funcionamiento que
el regulador para compensar posibles fluctuaciones de la red de
alimentación.
Description
Sistema de regulación de flujo luminoso de alto
rendimiento para sistemas de alimentación de alumbrado.
Esta memoria descriptiva se refiere a una
solicitud de Patente de Invención, relativa a un sistema de
regulación de flujo luminoso con aplicación en sistemas de
alimentación de alumbrado, cuya finalidad es reducir de manera
eficiente el flujo luminoso de las lámparas mediante la disminución
de la tensión de alimentación de las mismas. Dicho sistema comprende
componentes electromagnéticos de tipo transformador, contactores o
elementos de maniobra, etc., que reducen el nivel de tensión en la
línea de alumbrado con el consecuente ahorro energético que esto
supone.
El hecho de no tener elementos de electrónica de
potencia provoca que la conmutación de las tensiones de alimentación
en las lámparas al actuar el regulador propuesto (Figura 3) no sea
del todo precisa, pudiendo acelerar el proceso de envejecimiento de
las lámparas.
En un laboratorio se han realizado diversos
ensayos alimentando diferentes lámparas a través de un regulador de
alumbrado como el que se presenta en esta patente y sometiéndolas
durante un periodo relevante de tiempo a un número de maniobras muy
superior al que sufrirían a lo largo de su vida útil en una línea de
alumbrado público. Se han tomado medidas del nivel del flujo
luminoso y la variación del mismo durante el periodo de realización
del ensayo (Figura 4), siendo esta variación despreciable o casi
nula. Por tanto, se concluye que los resultados de estos ensayos han
sido satisfactorios, pudiendo afirmar que la actuación del regulador
que se presenta no afecta o perjudica el funcionamiento normal de
las lámparas.
En casos particulares de redes de alimentación
que presenten fuertes oscilaciones en su tensión, se presenta la
posibilidad de instalar en serie con el sistema anterior un sistema
de estabilización de tensión, basado en los mismos principios de
funcionamiento, que mantiene la tensión de alimentación dentro de
unos márgenes prefijados, evitando el envejecimiento de las lámparas
que causan las fluctuaciones frecuentes de tensión, evitando el
apagado de las lámparas en los casos en que la tensión de
alimentación descendiera demasiado y manteniendo el régimen de
ahorro energético a pesar de producirse subidas en la tensión de la
red considerables.
Esta invención ofrece un sistema eficaz de
regulación de flujo luminoso para instalaciones de alumbrado público
y, por tanto, presenta un procedimiento eficiente para el ahorro de
energía eléctrica. Este sistema se ha diseñado para la optimización
de las instalaciones de alumbrado público que suelen proyectarse
para lámparas de descarga tipo Sodio Alta Presión, Vapor de Mercurio
Alta Presión, Halogenuros metálicos, fluorescentes, etc. Cada tipo
de lámpara permite una reducción de tensión limitada por un valor
mínimo para el cual la lámpara se apaga.
La presente invención comprende también la
posible incorporación de un sistema de estabilización en el caso de
trabajar en redes de alimentación que presenten fuertes oscilaciones
de tensión.
La eficiencia y el ahorro energéticos son
objetivos prioritarios en una sociedad que incrementa su demanda
energética a medida que avanza tecnológicamente.
En el campo del alumbrado público, cuyo gasto
supone una importante fracción del coste energético total de
cualquier municipio, las medidas llevadas a cabo hasta el momento
son aún insuficientes. Estas medidas se centran en la utilización de
sistemas que reducen simultáneamente el flujo emitido por todas las
lámparas a partir de una determinada hora. Así, se consigue
disminuir el nivel de iluminación manteniendo su uniformidad. En
concreto, los principales sistemas utilizados y permitidos para este
fin son:
- -
- balastos serie de tipo inductivo para doble nivel de potencia;
- -
- balastos electrónicos de potencia regulable;
- -
- reguladores-estabilizadores en cabecera de línea.
La invención que aquí se presenta se encuentra
en el grupo de los reguladores instalados en cabecera de línea. La
principal ventaja frente al uso de balastos es que estos últimos
actúan de forma local, siendo necesario un dispositivo de regulación
anexo a cada una de las cargas individuales, así como un sistema de
control general a todas ellas.
Además conviene tener en cuenta una serie de
patentes relacionadas con la invención:
- -
- La patente con número de publicación 2 142 272, referente a un Sistema de regulación y estabilización luminosa para alumbrado público, basa su funcionamiento en el uso de autotransformadores y dispositivos de tipo reguladores de carácter electrónico.
- -
- La patente con número de publicación 2 114 458, referente a un Sistema de regulación de tensión eléctrica, hace uso de un sistema tipo digital para el control de autotransformadores.
- -
- La patente con número de publicación 2 123 416. Sistema de regulación de tensión eléctrica. Este sistema basa su funcionamiento en la regulación de tensión mediante autotransformadores o triacs.
La presente invención se refiere a un regulador
de flujo luminoso (Figura 1) para instalaciones de alumbrado
público. Dicho sistema se sitúa entre la red de alimentación y la
red de utilización. Está capacitado para ser utilizado en redes de
alimentación monofásica o trifásica. Su configuración permite además
una alimentación continua e ininterrumpida de la línea de
alumbrado.
El sistema se caracteriza por el uso de
dispositivos de carácter electromagnético de tipo transformador,
contactores o elementos de maniobra, lo que confiere al sistema unas
propiedades de robustez, economía, eficiencia y seguridad en su
funcionamiento relevantes, así como unos requerimientos de
mantenimiento mínimos.
La regulación del flujo luminoso de las lámparas
se consigue mediante la regulación de los niveles de tensión de
alimentación de las lámparas que componen la instalación de
alumbrado público. Esta regulación tiene como objetivo reducir el
consumo de energía eléctrica y lo hace, por tanto, disminuyendo el
nivel de tensión de alimentación en las lámparas.
El dispositivo básico de regulación es un
transformador (1) que se caracteriza por tener el devanado primario
directamente alimentado por la tensión de la red, encontrándose el
devanado secundario en serie con el primario y con las lámparas,
inyectándose la tensión del secundario en contrafase con la tensión
inducida en el devanado primario de dicho transformador. Esto hace
que la tensión en las lámparas se reduzca en función de la relación
de transformación del transformador.
El sistema de regulación de flujo luminoso
permite que la línea de alumbrado sea alimentada con dos valores de
tensión diferentes y, por tanto, dos niveles de flujo luminoso
diferentes, según las condiciones externas y requeridas en cada
momento con vistas a conseguir un ahorro eficiente y eficaz de
consumo de energía eléctrica.
En caso de que la red de alimentación presente
oscilaciones en los valores de la tensión se puede utilizar un
sistema de estabilización (9), instalado en serie entre la red y el
sistema de regulación (8), basado en los mismos principios y
dispositivos básicos de funcionamiento que el sistema de regulación
ya descrito. El sistema de estabilización se diseñará según los
valores de las oscilaciones de la red.
Este sistema de estabilización consta también de
un transformador (4) como elemento básico. Dicho transformador tiene
su devanado primario alimentado directamente desde la red, con la
particularidad de que una serie de elementos de maniobra harán que
se induzca en el devanado secundario una tensión en fase o
contrafase con la tensión inducida en el devanado primario, según su
actuación.
Dicho devanado secundario se encuentra en serie
con el devanado primario y con el sistema de regulación. De este
modo, la tensión de salida del sistema de estabilización es la
tensión de la red, aumentada o reducida en función de la relación de
transformación del transformador del sistema de estabilización.
El sistema de estabilización tiene como objeto
mantener la tensión de alimentación dentro de unos márgenes
prefijados independientemente de cómo se ceda desde la red. Así, se
pretende evitar la posible aparición de sobretensiones muy
perjudiciales ya que dañan las lámparas acelerando su proceso de
envejecimiento.
A continuación se adjunta una serie de figuras
para caracterizar con más detalle el sistema descrito y facilitar su
comprensión. En particular se añaden las figuras correspondientes al
sistema concreto para el caso de alimentación monofásica.
Figura
1.
Esquema del sistema de regulación de flujo
luminoso en el que se enumeran:
1. Transformador.
2. Contactor o elemento de maniobra con dos
contactos normalmente abiertos NO y dos contactos normalmente
cerrados NC.
3. Sistema de control.
\newpage
Figura
2.
Esquema de la configuración del sistema de
estabilización añadido al sistema de regulación para aplicación en
redes que presentan fuertes oscilaciones de tensión.
Componentes del sistema de regulación 8:
1. Transformador.
2. Contactor o elemento de maniobra con dos
contactos normalmente abiertos NO y dos contactos normalmente
cerrados NC.
3. Sistema de control.
Componentes del sistema de estabilización 9:
4. Transformador.
5. Contactor o elemento de maniobra con
contacto-normalmente abierto NO y contacto
normalmente cerrado NC.
6. Contactor o elemento de maniobra.
7. Sistema de control.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura
3.
Medidas realizadas tras la actuación del sistema
de regulación propuesto en el que se recogen:
10. Forma de onda de la tensión en la lámpara en
el momento de producirse la conmutación del regulador de tensión,
produciéndose la disminución del valor de esta tensión.
11. Forma de onda de la intensidad en las
lámparas en el momento de producirse la conmutación del regulador de
tensión, produciéndose una elevación del valor de dicha intensidad
como consecuencia de la conmutación.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura
4.
Resultados del ensayo de envejecimiento
realizado a una lámpara de halogenuros metálicos alimentada a través
del sistema de regulación que aquí se presenta. Se sometió a la
lámpara a un número aproximado de 270000 maniobras de conmutación
del regulador de tensión durante un periodo de más de 10000 horas
durante las cuales la lámpara permaneció encendida. En esta figura
se enumera:
12. Variación del flujo luminoso de una de las
lámparas estudiadas en el ensayo con el número de maniobras del
sistema de regulación al que era sometida.
\vskip1.000000\baselineskip
En primer lugar se describe el modo de
realización preferente del objeto de la invención, aplicado al caso
particular de encontrarse éste situado entre una red de alimentación
que no presenta fluctuaciones de tensión destacables y una línea de
alumbrado compuesta por lámparas, habitualmente de descarga.
El sistema presenta una forma económica, segura
y eficiente de reducir el flujo luminoso de las lámparas por medio
de la reducción de la tensión de éstas. El sistema puede aplicarse
en redes monofásicas, o en redes trifásicas en las que se puede
realizar un control independiente por fase, con un sistema formado
por un transformador monofásico por fase, o un control conjunto de
las fases mediante el uso de transformadores trifásicos.
El sistema de regulación (8) de flujo luminoso
(Figura 1) se compone de un transformador (4), con relación de
transformación r_{1}. Donde
r_{1}=V_{T1prim}/V_{T1sec}
V_{T1prim}: Tensión nominal del devanado
primario del transformador.
V_{T1sec}: Tensión nominal del devanado
secundario del transformador.
\vskip1.000000\baselineskip
El sistema de control (3), constituido por un
sensor previamente ajustado (relé temporizado, reloj astronómico,
etc.) provocará la excitación del elemento de maniobra (2),
preferiblemente un contactor caracterizado por contar con dos
contactos normalmente cerrados, NC, y otros dos contactos
normalmente abiertos, NO. La actuación del elemento de maniobra
acciona el sistema de regulación. El devanado primario del
transformador (1) estará alimentado ahora por la tensión V, tensión
de la red. En el devanado secundario del transformador se .inducirá
entonces una tensión V/r_{1}. De esta manera la tensión en las
lámparas se ha reducido tomando el valor de
V*(1-1/r_{1}).
En el caso de que el elemento de maniobra (2) no
esté accionado, el sistema de regulación de flujo luminoso no
interviene y la tensión en las lámparas es directamente la tensión
de la red, V.
A continuación se describe el modo de
realización preferente del sistema de regulación aplicado a una red
de alimentación para la línea de alumbrado con fluctuaciones de
tensión. En esta situación se aplican las características básicas
del sistema de regulación ya descrito para el desarrollo de un
sistema de estabilización del nivel de tensión que alimenta a las
lámparas.
El sistema de estabilización de tensión (9)
consta de un transformador (4), directamente alimentado desde la red
en su devanado primario. El devanado secundario se instalaren serie
tanto con el devanado primario como con la carga, el sistema de
regulación en este caso. La relación de transformación de este
trasformador la denominamos r_{2}. Donde
r_{2}=V_{T2prim}/V_{T2sec}
V_{T2prim}: Tensión nominal del devanado
primario del transformador.
V_{T2sec}: Tensión nominal del devanado
secundario del transformador.
\vskip1.000000\baselineskip
Consta también de un elemento de maniobra (6),
tipo contactor, caracterizado por contar con dos contactos
normalmente abiertos y dos contactos normalmente cerrados, que
permite la variación de signo de la tensión inducida en el devanado
secundario al variar el sentido en la tensión de alimentación del
devanado primario.
El sistema de control (7), constituido por un
relé de tensión previamente ajustado para un margen, de tensiones
(V_{min}, V_{max}), accionará este sistema tensión inducida en
el devanado secundario al variar el sentido en la tensión de
alimentación del devanado primario.
El sistema de control (7), constituido por un
relé de tensión previamente ajustado para un margen de tensiones
(V_{min}, V_{max}), accionará este sistema del modo que a
continuación se describe, según el valor de la tensión de la red, V.
Este margen de tensiones suele ajustarse para valores de \pm5% del
valor nominal de la tensión nominal de la red.
En el caso de que V>V_{max}, actuará el
elemento de maniobra (5). El primario del transformador (4) estará
alimentado entonces por la tensión de la red, V, de modo que en su
devanado secundario se inducirá una tensión V/r_{1}, y el sistema
de regulación (8) queda alimentado con una tensión
V*(1-1/r_{1}). El sistema de regulación sigue el
funcionamiento descrito anteriormente.
En el caso de que V<V_{min}, se accionarán
los elementos de maniobra (5) y (6). El primario del transformador
(4) estará alimentado por la tensión de la red, V, de modo que en su
devanado secundario se inducirá ahora una tensión (-V/r_{2}), y el
sistema regulación queda alimentado con una tensión
V*(1+1/r_{2}).
En el caso de que la tensión V se encuentre en
el intervalo prefijado (V_{1}, V_{2}), el sistema de regulación
no interviene y el sistema de regulación queda alimentado
directamente con la tensión de la red.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
En resumen, el sistema completo permite una
estabilización y regulación de la alimentación a la carga que
proporcionaría los niveles de alimentación en las lámparas que se
recogen en la tabla:
\vskip1.000000\baselineskip
Claims (2)
1. Sistema de regulación de flujo luminoso para
sistemas de alimentación de alumbrado con dos niveles de tensión de
alimentación y por tanto con dos niveles de luminosidad, basado
únicamente en elementos electromagnéticos, caracterizado por
que comprende:
- a)
- un transformador con devanado primario alimentado desde la red de alimentación y otro devanado secundario, el cual está conectado en serie con la red, de forma que la tensión resultante a la salida del equipo se puede ver reducida según la relación de transformación del transformador siempre que éste esté conectado;
- b)
- un contactor o elemento de maniobra con contactos normalmente cerrados y contactos normalmente abiertos, que permite alimentar la carga a la tensión previamente reducida o a la tensión de la red, quedando en este ultimo caso unidos la red y la carga, el regulador fuera de servicio, de forma que no se producen pérdidas de potencia ni caídas de tensión;
- c)
- un sistema de control que controla el contactor o el elemento de maniobra para regular el nivel de la tensión de alimentación de las lámparas y por tanto el flujo luminoso y la potencia consumida.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sistema de regulación de flujo luminoso para
sistemas de alimentación de alumbrado según la reivindicación 1 y
caracterizado por que comprende además:
un subsistema de estabilización compuesto
por:
- a)
- un transformador con devanado primario alimentado desde la red de alimentación y otro devanado secundario, el cual está conectado en serie con la red, de forma que la tensión resultante a la salida del estabilizador puede ser mayor o menor que la de la red, dependiendo de la polaridad con la que se alimenta el devanado primario, o igual que la de la red si se queda en posición fuera de servicio, de forma que no se producen pérdidas de potencia ni caídas de tensión;
- b)
- dos contactores o elementos de maniobra, uno para conectar o dejar fuera de servicio el estabilizador y otro para cambiar la polaridad de alimentación del devanado primario;
- c)
- un sistema de control que controla los elementos de maniobra para aumentar, disminuir o dejar igual que la tensión de la red la tensión resultante a la salida del estabilizador.
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