ES2582179T3 - Sistema de conexión entre dispositivos eléctricos de alta tensión - Google Patents
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Abstract
Este sistema de acoplamiento es del tipo de los que están compuestos por un conector (1) que comprende una envolvente aislante (2), en cuyo interior se alojan unos elementos conductores, y que incorpora una capa semiconductora (3) en la superficie exterior de la envolvente (2). Este sistema incorpora un dispositivo de protección (6) que se dispone circundando la capa semiconductora (3). El dispositivo de protección (6) puede, opcionalmente, encontrarse constituido por un anillo conductor puesto a tierra que minimice la longitud del arco en caso de fallo dieléctrico del sistema de acoplamiento. El dispositivo de protección puede incorporar un sensor de intensidad inductivo y/o un sensor de tensión capacitivo que permiten obtener diversas magnitudes eléctricas de los equipos de alta tensión.
Description
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DESCRIPCION
Sistema de conexion entre dispositivos electricos de alta tension Objeto de la invencion
La presente invencion se refiere a un sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension que incorpora medios de proteccion frente a impacto y punzonamiento, asf como frente a posibles fallos dielectricos en la zona expuesta entre los dos equipos de alta tension. El sistema incorpora tambien medios para la obtencion de senales de tension e corriente, asf como para la obtencion de la energfa necesaria para la alimentacion de circuitos electronicos asociados a los equipos instalados.
Antecedentes de la invencion
La conexion de equipos electricos modulares de alta tension, que tiene una envolvente metalica mediante conexiones aisladas, es una tecnica que se esta generalizando entre los diversos fabricantes de equipos electricos.
Estos sistemas de acoplamiento se pueden clasificar en dos grupos:
Sistemas de acoplamiento en los que la union de los equipos se realiza por medio de un conector o conjunto de conexion, que comprende una pieza o envolvente aislante, generalmente un cuerpo de revolucion, en cuyo interior se encuentran los elementos conductores. En esta clase de sistemas, los extremos de la pieza aislante penetran en sendos conectores hembras montados en los equipos a conectar, sellando electricamente la union. Ejemplos de esta clase de sistemas de acoplamiento se describen por ejemplo en las siguientes Patentes: Ep 0 520 933, WO 02/087042, WO 02/35668, EP 0 891 013 y DE 10119183.
Sistemas de acoplamiento en los que el elemento aislante no penetra en las piezas dispuestas en los equipos a unir electricamente. Ejemplos de estos disenos se recogen en las Patentes Europeas 1 294 064 y 0 199 208. En estos casos, con objeto de asegurar el sellado desde el punto de vista electrico, se pueden emplear anillos de compresion, como se muestra en la Patente Europea 1 294 064.
En estos sistemas de acoplamiento al objeto de controlar la distribucion del campo electrico en todas las circunstancias de limpieza y humedad, la superficie del conector o conjunto de union expuesto entre los dos equipos de alta tension se refieren al potencial de tierra, para lo cual dicha superficie exterior debe ser conductora o semiconductora. Para ello, se utilizan habitualmente pinturas semiconductoras o bien materiales semiconductores inyectados sobre la pieza o envolvente aislante.
Al objeto de proporcionar el potencial de tierra a dicha superficie semiconductora se pueden utilizar resortes helicoidales fijados o conectados, por un extremo, a la envolvente metalica del equipo electrico de alta tension, que se encuentra puesta a tierra y, por el otro extremo, estan en contacto con la capa semiconductora del conector o conjunto de union. El contacto entre el resorte y la superficie semiconductora puede realizarse de dos formas:
Tangencial. En este caso el resorte, linealmente dispuesto, se fija en sus dos extremos en la envolvente metalica del equipo de alta tension. El contacto con la superficie semiconductora se consigue haciendo que dicha superficie se encuentre entre las dos fijaciones del resorte, obligando a este a deformarse, formando un arco en lugar de una lmea recta entre las fijaciones, asegurando de este modo un contacto permanente.
Circular. En este caso, el resorte, unido electricamente a tierra, forma un toroide en torno a la superficie semiconductora, tal como se muestra en la solicitud de patente DE 10119183.
Esta forma de proporcionar el potencial de tierra a la capa semiconductora exterior del conector o conjunto de union presenta el inconveniente de que una vibracion excesiva y prolongada durante el transporte de los equipos puede ocasionar una erosion de la pintura semiconductora, debido al rozamiento con el resorte, dando lugar a zonas superficiales sin potencial que podfan originar un posible fallo dielectrico que podna desembocar en un arco de longitud corta pero indefinida.
Otro problema que se puede presentar en estos sistemas de acoplamiento entre equipos electricos es la penetracion por objetos punzantes en el intersticio de separacion entre equipos, danando la parte expuesta del conector o conjunto de union.
Por otra parte, la necesidad de monitorizacion y automatizacion de las instalaciones electricas hacen necesaria la colocacion entre los equipos electricos de los correspondientes sensores o captadores de tension e corriente que, en el caso de acoplamiento entre celdas de alta tension, supone una dificultad anadida ya que obliga a introducir modificaciones en las celdas de alta tension para permitir tomar las medidas necesarias.
En cuanto a la determinacion de la presencia de tension en las barras del circuito principal de un conjunto de celdas de alta tension se puede solucionar mediante la utilizacion de dispositivos para conexiones aisladas como los
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divulgados en la solicitud Internacional WO 02/35668, pero el problema estriba en que no siempre las celdas de alta tension se instalan con unos conectores hembra en el lateral libre que permitan la utilizacion del dispositivo descrito en la mencionada solicitud de patente y, en cualquier caso, en el extremo del conjunto de celdas no es posible medir la corriente del circuito.
Descripcion de la invencion
La presente invencion se refiere a un sistema de acoplamiento con una conexion aislada entre equipos electricos de alta tension que permite resolver todas las problematicas mencionadas anteriormente, siendo del tipo de los que estan compuestos por un conector o conjunto de union que comprende una carcasa aislante, cuyos extremos penetran en sendos conectores hembra montados en los equipos a instalar, en cuyo interior se alojan unos elementos conductores y que incorpora una capa conductora o semiconductora en la superficie exterior de la envolvente aislante, permitiendo realizar un acoplamiento directo entre los diferentes equipos electricos, tales como la union celda-celda, la union celda-transformador de distribucion, etc.
El sistema de acoplamiento objeto de la invencion tiene como su principal caractenstica la incorporacion de un dispositivo de proteccion dispuesto circundando o envolviendo al conector o conjunto de union.
Desde el punto de vista constructivo, el dispositivo de proteccion puede estar constituido por una pieza que se monta sobre el conjunto de union, disponiendose preferentemente circundando la capa semiconductora, en la zona que queda expuesta entre los dos equipos electricos a unir o encontrarse embebida en la carcasa del conjunto de union.
Este sistema de acoplamiento tiene las siguientes ventajas o caractensticas funcionales frente a los sistemas actuales:
- Permite dotar de un mayor grado de proteccion al sistema de acoplamiento frente a objetos punzantes en base a la constitucion del dispositivo de proteccion que aporte una funcion de proteccion mecanica en las zonas mas expuestas del sistema de acoplamiento.
- Minimizar la longitud de arco en caso de fallo dielectrico del conjunto de acoplamiento, y con ello su efecto destructivo en base a la constitucion del dispositivo de proteccion en material conductor que permita conducir la corriente de falta a tierra sin generar un arco electrico.
- Evitar los problemas asociados con la erosion de la superficie semiconductora, por parte del resorte helicoidal, debido a vibraciones prolongadas durante el transporte. En este caso, dicha superficie semiconductora es puesta a tierra mediante el dispositivo de proteccion conductor que, abarcando dicha superficie semiconductora, la pone a tierra sin que exista deslizamiento relativo entre ambas o que el mismo erosione la superficie conductora/semiconductora. Tambien el sistema de acoplamiento se puede poner a tierra mediante un dispositivo de proteccion, segun el objeto de la invencion, que aun no siendo metalico dispone de una superficie semiconductora o conductora puesta a tierra y que es la que se encuentra en contacto con la superficie semiconductora exterior del conjunto de union.
El dispositivo de proteccion del sistema de acoplamiento objeto de la invencion puede incorporar sensores que permiten obtener valores de diversas magnitudes electricas, tension e corriente.
En concreto, puede incorporar un sensor de corriente, dotado o no de un nucleo magnetico, que permite obtener la corriente que circula por el embarrado principal al objeto de proporcionar su valor o para funciones de proteccion, medida y control. Adicionalmente, la energfa obtenida en el sensor de corriente, como la corriente que circula por el circuito principal, se puede emplear para alimentar los circuitos de equipos auxiliares tales como reles, alarmas, equipos de comunicaciones, etc.
La serial de tension se logra al no referenciar a tierra la superficie semiconductora/conductora exterior del conjunto de union. En este caso, dicha superficie adquiere un potencial como una funcion de la capacidad entre la superficie interior del dispositivo de proteccion aislante, al potencial de alta tension, y la superficie semiconductora/conductora exterior. Esta serial de tension se puede utilizar, por ejemplo, para:
- Indicar la presencia o ausencia de tension en las barras del circuito principal.
- Obtener una medida de la tension en las barras del circuito principal.
- Obtener energfa para la alimentacion de circuitos auxiliares.
- Polarizar con el vector de tension las protecciones direccionales.
- Funciones de proteccion, medida y control relacionados con la magnitud de la tension.
Descripcion de los dibujos
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La figura 1 muestra un sistema de acoplamiento (1) entre equipos de alta tension (4), constituido por un conjunto de union compuesto por una carcasa aislante (2) que conecta dos celdas de alta tension (5) y que presenta en su superficie externa una capa semiconductora (3).
La figura 2 muestra un sistema de acoplamiento, segun el objeto de la invencion, incorporando un dispositivo de proteccion (6) que circunda el conector o conjunto de union (1), en la zona en la que se dispone la capa semiconductora (3).
La figura 3 muestra otro modo de realizacion del sistema de acoplamiento, en el cual el dispositivo de proteccion (6) se encuentra parcialmente dentro de un material semiconductor (3), embebido a su vez en la carcasa de material aislante (2) del conjunto de union (1). En la figura no se han representado los elementos que realizan la conexion electrica.
La figura 4 muestra un modo de realizacion del conjunto de acoplamiento, en el cual el dispositivo de proteccion incorpora un sensor de corriente compuesto por un nucleo (7) sobre el que se ha bobinado un conductor (8) y un sensor de tension que proporciona la tension de la capa semiconductora (3).
La figura 5 muestra un sistema de acoplamiento, con sensor de tension, pero basado en el modo de realizacion mostrado en la figura 3.
La figura 6 muestra un sistema de acoplamiento, segun el modo de realizacion mostrado en la figura 4, incorporando un sensor de corriente unipolar (9) que envuelve a las tres fases.
Modo de realizacion preferente de la invencion
Solo con fines de ilustracion y sin caracter limitativo, se presenta a continuacion un modo de realizacion del mencionado sistema de acoplamiento de alta tension, objeto de la presente invencion.
La figura 1 muestra el sistema de acoplamiento utilizado para configurar un esquema electrico con un conjunto de celdas de alta tension (4) pero que, sin embargo, puede utilizarse igualmente para la union de una celda (4) con un transformador de distribucion.
La figura 1 muestra tambien como el sistema de acoplamiento esta compuesto por un conector o conjunto de union (1) que comprende una carcasa aislante (2) que encaja en los conectores tipo hembra (5) de los equipos de alta tension (4), incorporando una capa o superficie semiconductora (3), que se referencia a tierra y que se dispone en el espacio entre los equipos (4) a unir.
La figura 2 muestra un conector o conjunto de union (1), segun el objeto de la invencion, que incorpora un dispositivo de proteccion (6) que se dispone circundando al conector (1), en la zona que queda expuesta entre los equipos electricos a unir, coincidiendo con la capa semiconductora (3). El dispositivo de proteccion (6) esta realizado en material metalico con el fin de proporcionar un mayor grado de proteccion mecanico al conjunto de union (1).
Dicho dispositivo de proteccion (6) esta configurado como un anillo conductor, conectado a tierra, que proporciona la tension de tierra a la superficie semiconductora/conductora (3) y conduce la corriente de falta a tierra sin que se origine un arco en la separacion entre los equipos electricos de alta tension. La aplicacion del potencial de referencia a tierra del dispositivo de proteccion (6) se realiza mediante un resorte que contacta con dicho dispositivo tangencialmente y que no ha sido representado.
Alternativamente, el dispositivo de proteccion (6) puede ser realizado de un material no metalico, como plastico o elastomero, dopados o superficialmente tratados para ser conductores/semiconductores que es capaz de proporcionar al conductor (1) la proteccion mecanica, al tiempo que pueda referenciar a tierra la capa semiconductora (3).
La figura 3 representa otro modo de realizacion del conjunto de union (1) en el cual el dispositivo de proteccion (6) se encuentra parcialmente alojado en un material semiconductor (3) que esta embebido en la carcasa aislante (2) proporcionando una funcionalidad identica a la descrita anteriormente.
La figura 4 muestra un detalle del conjunto de union (1) en el cual se incluye un sensor de corriente, dispuesto en el interior del dispositivo de proteccion (6). Este sensor esta constituido por un nucleo (7) sobre el que se bobina el conductor (8) que permite detectar la corriente que circula por el interior del conjunto de acoplamiento (1). El nucleo (7) puede ser magnetico o no, una bobina Rogowski, en funcion de la sensibilidad requerida al sensor.
La figura 5 muestra un conjunto de union (1), incorporando un sensor de corriente compuesto por un nucleo magnetico (7) y una bobina conductora (8) pero en la cual el dispositivo de proteccion (6) presenta una configuracion como se muestra en la figura (3).
Adicionalmente se puede incluir un sensor de tension, en cuyo caso, la superficie semiconductora/conductora (3) no se referenciara a tierra, sino que se dejara a un potencial flotante al objeto de captar, mediante contacto con dicha superficie del propio dispositivo de proteccion (6) la tension de dicha superficie (3). Opcionalmente, la zona exterior no en contacto
con la superficie (3) se puede referenciar al potencial de tierra.
De acuerdo con la figura 6, el dispositivo de proteccion (6) puede abarcar a todos los conectores (1) de las fases del sistema de acoplamiento y puede incorporar tambien un sensor de corriente para la deteccion de faltas a tierra cuyo nucleo (9), arrollado por el bobinado (10), envuelve a todas las fases del sistema.
Claims (15)
- 5101520253035REIVINDICACIONES1. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension compuesto por un conector o conjunto de union (1) que se inserta en conectores hembra (5) de equipos de alta tension, que comprende una carcasa aislante (2) en cuyo interior se alojan unos elementos conductores, cuya superficie exterior esta parcialmente recubierta con una capa conductora o semiconductora (3), caracterizado porque incorpora un dispositivo de proteccion (6) mecanica que esta dispuesto circundando la capa semiconductora (3) y en contacto con dicha capa semiconductora (3), y en el que dicho dispositivo de proteccion (6) mecanica abarca la capa semiconductora (3) sin ningun deslizamiento relativo entre ellos.
- 2. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el dispositivo de proteccion (6) consiste en un anillo conductor puesto a tierra.
- 3. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun la reivindicacion 2, caracterizado porque el anillo conductor puesto a tierra es metalico.
- 4. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el dispositivo de proteccion (6) incorpora sensores que permiten obtener valores de la tension y/o corriente.
- 5. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension la segun reivindicacion 1, caracterizado porque el dispositivo de proteccion (6) esta parcialmente alojado en una capa semiconductora (3), integrada en la carcasa aislante (2).
- 6. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el dispositivo de proteccion (6) incorpora un sensor de corriente inductivo.
- 7. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun reivindicacion 4, caracterizado porque el sensor de corriente consiste en una bobina Rogowski.
- 8. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun la reivindicacion 4, caracterizado porque el sensor de corriente consiste en un devanado (8) sobre un nucleo magnetico (7).
- 9. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de proteccion (6) incorpora un sensor de tension capacitivo.
- 10. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el dispositivo de proteccion (6) abarca a todos los conectores (1) de las fases del sistema de acoplamiento entre equipos de alta tension.
- 11. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun la reivindicacion 8, caracterizado porque el dispositivo de proteccion (6) consiste en un anillo conductor puesto a tierra.
- 12. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun la reivindicacion 9, caracterizado porque el anillo conductor puesto a tierra es metalico.
- 13. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun la reivindicacion 8, caracterizado porque comprende un sensor de corriente que abarca exteriormente a todas las fases.
- 14. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun la reivindicacion 11, caracterizado porque comprende un sensor de corriente para cada una de las fases.
- 15. Sistema de acoplamiento entre equipos electricos de alta tension segun las reivindicaciones 8, 11 y 12, caracterizado porque incorpora la deteccion de tension para cada una de las fases del circuito principal.
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