ES2872330T3 - Una disposición de generador de árbol de un barco - Google Patents

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Abstract

Una disposición de generador de árbol para un barco, la disposición que comprende un generador (1) de imán permanente que se puede conectar a un árbol (2) principal del barco, un transformador (5) de frecuencia dispuesto para transformar la tensión del generador (1) y un disyuntor (7) de generador entre el generador (1) y el transformador (5) de frecuencia a través del cual el generador (1) se conecta al transformador (5) de frecuencia, en donde las espiras (1A) del generador (1) de imán permanente están conectadas a un punto (9) de estrella y cuya disposición comprende un disyuntor (10) de punto de estrella entre las espiras y el punto de estrella, la disposición que además comprende una primera medida (15) de corriente dispuesta para medir corrientes entre el generador (1) y el transformador (5) de frecuencia, la disposición de generador de árbol está caracterizada por que comprende una segunda medida (14) de corriente dispuesta para medir corrientes entre las espiras (1A) y el punto (9) de estrella y un relé (11) de protección que está conectado a la primera (15) y a la segunda (14) medidas de corriente y al disyuntor (10) de punto de estrella y al disyuntor (7) de generador, cuyo relé (11) de protección se dispone para abrir el disyuntor (10) de punto de estrella si se detecta un cortocircuito de 2 o 3 fases entre las fases del generador como respuesta a la primera (15) o segunda (14) medida y abre el disyuntor (7) de generador si se detecta un fallo de tierra doble como respuesta a dicha primera (15) y segunda (14) medidas, y el relé (11) de protección que está dispuesto para abrir el disyuntor (10) de punto de estrella debido al mal funcionamiento del disyuntor (7) de generador, y el relé (11) de protección tiene una función de protección de sobrecorriente para detectar una sobrecorriente en caso de un cortocircuito de 2 o 3 fases y una función de protección de corriente diferencial para detectar una corriente diferencial en el caso de un fallo de tierra doble.

Description

DESCRIPCIÓN
Una disposición de generador de árbol de un barco
Campo de tecnología
La presente invención se refiere a una disposición de generador de árbol de un barco, de forma más particular, la invención se refiere a una disposición de generador de árbol principal de un barco que tiene una disposición de protección.
Técnica anterior
Un barco tiene un motor principal que está dispuesto para hacer rotar una hélice de un barco. El motor es por ejemplo un motor diésel o de gas, y se denomina a menudo también motor principal. Un árbol conecta el motor a la hélice y se denomina árbol principal. Con el fin de producir potencia eléctrica para las cargas en el barco, el barco puede tener un motor (o motores) separado que está conectado con un generador (o generadores). Otra solución es que el generador esté en conexión con el árbol principal lo que significa que el motor principal hace rotar la hélice y también produce energía eléctrica a través del generador. El generador alrededor del árbol principal es denominado generador de árbol. El generador del generador de árbol se conecta a la red de distribución en el barco a través de un disyuntor de generador.
El generador de árbol es normalmente un generador excitado de forma separada lo que significa que la tensión de corriente continua (CC) es suministrada a las espiras del rotor. Los generadores de árbol han sido utilizados durante décadas, y han probado ser eficientes y fiables en el entorno marino.
Si sucede un mal funcionamiento en el generador, el disyuntor de generador se abre para desconectar el generador de la red de distribución. También es posible desconectar el suministro de CC a las espiras del rotor en caso del generador excitado separado con el fin de detener la tensión inducida en las espiras del estator. En caso del generador magnético permanente, el motor es parado para detener la tensión inducida en las espiras del estator. Si el generador es un generador de árbol, no siempre es posible la parada del motor principal debido a por ejemplo riesgos para la navegación.
El documento WO 2013071937 que forma el preámbulo de la reivindicación 1, divulga una disposición de protección de un generador de imán permanente utilizado en una central eléctrica tal como en una central eléctrica eólica. Este documento muestra una medida de punto de estrella en un generador. La medida se utiliza por un relé de protección que controla un disyuntor de circuito. El documento WO2012143245 divulga una solución en la que un convertidor de potencia de CA-CC es protegido mediante un circuito de cortocircuito adicional.
Breve descripción de la invención
El objetivo de la invención es proporcionar una solución en la que el generador de imán permanente de árbol principal tiene una disposición de protección que permite al motor principal funcionar incluso si el generador tiene una situación de fallo. El objetivo es logrado de la manera descrita en la reivindicación independiente.
Una disposición de generador de árbol de un barco de acuerdo con la invención comprende un generador de imán permanente que va a estar en conexión con un árbol principal del barco y un transformador de frecuencia dispuesto para transformar la tensión del generador. La disposición tiene también un disyuntor de generador entre el generador y el transformador de frecuencia a través del cual se puede conectar el generador al transformador de frecuencia. Las espiras del generador de imán permanente están conectadas a un punto de estrella y cuya disposición comprende un disyuntor de punto de estrella ubicado próximo al generador entre las espiras y el punto de estrella. La conexión entre el generador y el árbol principal se va a disponer montando el generador alrededor del árbol principal o a través de engranajes.
La disposición además comprende una primera medida de corriente dispuesta para medir corrientes entre el generador y el transformador de frecuencia y una segunda medida de corriente dispuesta para medir corrientes entre las espiras y el punto de estrella y un relé de protección que se puede conectar a la primera y segunda medidas de corriente y al disyuntor de punto de estrella y al disyuntor de generador. El relé de protección está dispuesto para abrir el disyuntor de punto de estrella si se detecta un cortocircuito de 2 o 3 fases entre las fases del generador como respuesta a la segunda medida y para abrir el disyuntor de generador si se detecta un fallo de tierra doble como respuesta a dicha primera y segunda medidas.
El relé de protección se dispone para abrir el disyuntor de punto de estrella debido al mal funcionamiento del disyuntor de generador y el relé de protección tiene una función de protección de sobrecorriente para detectar una sobrecorriente en caso de un cortocircuito de 2 o 3 fases y una función de protección de corriente diferencial para detectar la corriente diferencial en caso del fallo de tierra doble.
Lista de figuras
A continuación, la invención se describe con más detalle con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales La figura 1 ilustra un modo de realización de la disposición inventiva,
La figura 2 ilustra un transformador de frecuencia de la disposición inventiva con más detalle, y
La figura 3 ilustra un modo de realización de la disposición inventiva con un engranaje de transmisión.
Descripción de la invención
La figura 1 ilustra un ejemplo de disposición de acuerdo con la invención. La disposición de generador de árbol de un barco comprende un generador 1 de imán permanente que se puede disponer alrededor de un árbol 2 principal del barco por tanto estando en conexión con el árbol principal. El motor 3 principal de barco proporciona potencia al árbol principal con el fin de hacer rotar una hélice 4 del barco. El generador alrededor del árbol principal transforma una parte de la potencia en una forma eléctrica, que se puede utilizar en cargas conectadas a la red 6 de distribución eléctrica del barco. El generador 1 de imán permanente proporciona al menos 0,5 MVA. La disposición tiene un transformador 5 de frecuencia dispuesto para transformar la tensión del generador 1 y un disyuntor 7 de generador se conecta entre el generador 1 y el transformador 5 de frecuencia a través de cuyo disyuntor 7 de generador se puede conectar al transformador de frecuencia. La transformación de tensión significa en este contexto que se cambia la amplitud, frecuencia y/o fase de la tensión.
Las espiras 1A del generador de imán permanente (de forma más precisa las espiras del estator) están conectadas a un punto 9 de estrella. Además, el generador 1 comprende un disyuntor 10 de punto de estrella entre las espiras y el punto de estrella.
La disposición además comprende una primera medida 15 de corriente dispuesta para medir corrientes entre el generador 1 y el transformador 5 de frecuencia y una segunda medida 14 de corriente dispuesta para medir corrientes en las espiras 1A cerca del punto 9 de estrella y un relé 11 de protección que se puede conectar a la primera 15 y a la segunda 14 medida de corriente y al disyuntor 10 de punto de estrella y al disyuntor 7 de generador a través de conexiones 17, 16, 13, 12 correspondientes. Las conexiones con la primera y segunda medidas 17, 16 proporcionan datos de medida al relé de protección, que acciona los disyuntores 7, 10 para abrirse si es necesario como respuesta/s a dichas medidas.
El relé 11 de protección está dispuesto para abrir el disyuntor 10 de punto de estrella si se detecta un cortocircuito de 2 o 3 fases entre las fases del generador como respuesta a la primera 15 o la segunda 14 medida y para abrir el disyuntor 7 de generador si se detecta un fallo de tierra doble como respuesta a dicha primera 15 y segunda 14 medidas. Dado que cada espira del generador es de fase específica, un cortocircuito de 2 o 3 fases puede ser un cortocircuito entre las espiras o entre las líneas de las fases. El relé 11 de protección también se dispone para abrir el disyuntor 10 de punto de estrella debido al mal funcionamiento del disyuntor 7 de generador.
El relé de protección tiene una función de protección de sobrecorriente para detectar una sobrecorriente en caso de un cortocircuito de 2 o 3 fases y una función de protección de corriente diferencial para detectar una corriente diferencial en caso de un fallo de tierra doble. El fallo de tierra doble sucede cuando existen dos fallos de tierra simultáneos. Un fallo de tierra puede estar en el generador y el otro fallo de tierra en la red de distribución del barco. En este caso la corriente de fallo fluye a través de la tierra (el casco del barco) y el convertidor de frecuencia. La tabla 1 siguiente muestra algunas características del relé de protección.
Tabla 1. Características del relé de protección
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La disposición puede comprender además un dispositivo 18 de detección de fallo de tierra para detectar un único fallo de tierra y proporcionar un mensaje de fallo de tierra para monitorizar la disposición. En este modo de realización, el relé 11 de protección también puede estar dispuesto para abrir el disyuntor de punto de estrella en caso de que el transformador de frecuencia se detenga y se proporcione el mensaje de fallo de tierra. Dado que los sistemas eléctricos están aislados en buques marítimos como sistemas de IT (Tierra Aislada), el dispositivo 18 de detección de fallo de tierra detecta fallos en el aislamiento que disminuyen la resistencia del material de aislamiento.
La disposición además comprende un armario de disyuntor de punto de estrella que tiene un punto de estrella, el disyuntor de punto de estrella y la segunda medida de corriente en las proximidades del generador de imán permanente. Se puede observar que en soluciones previas los disyuntores se sitúan relativamente lejos del generador.
El transformador 5 de frecuencia puede comprender un puente 5A de corriente continua y dos inversores 5A, 5B, uno que está conectado para el generador 1 y el otro para la red 6 de distribución. Este tipo de estructura ilustrada en la figura 2 proporciona buenas posibilidades de control. También es posible suministrar energía desde la red de distribución al generador, el cual en este caso funciona como una máquina eléctrica. De esta manera la hélice 4 del barco se puede hacer rotar incluso si está funcionando el motor 3 principal, por ejemplo debido a una situación de fallo.
La disposición puede comprender un disyuntor 8 de red de distribución entre el transformador de frecuencia y la red de distribución del barco. Es conveniente colocar una placa 20 de interruptor principal.
Por tanto, la invención hace posible utilizar el generador de imán permanente con el árbol principal del barco de tal manera que el motor principal funciona para hacer rotar la hélice incluso si el generador tiene un fallo. En cualquier situación de fallo se puede abrir el disyuntor de punto de estrella. La disposición inventiva es al menos fiable como las soluciones de la técnica anterior como los generadores excitados de forma separada. Por lo tanto, la disposición de generador de árbol de imán permanente inventiva proporciona una nueva solución fiable, también para disposiciones de más potencia, como al menos 1,5 MVA y como requieren los estándares marinos.
Con el fin de que el sistema inventivo funcione de forma apropiada se deben considerar varios factores. Las soluciones de la técnica anterior correspondientes se basan en la desconexión de una tensión (la excitación separada) pero la invención tiene un nuevo enfoque de una desconexión de corriente (disyuntor de punto de estrella). La disposición de relé de protección tiene que controlar tanto el disyuntor de generador como el disyuntor de punto de estrella de tal manera que las acciones de conmutación de los disyuntores no se obstaculicen entre sí ni provoquen malos funcionamientos. Adicionalmente, la disposición que tiene dichos disyuntores y medidas y el relé de protección tienen que trabajar a un nivel de frecuencia variable (posiblemente también en un nivel de frecuencia bajo). Por ejemplo en el caso de un modo de realización normal el generador de imán permanente funciona en el rango de 5-30 Hz CA en las espiras del estator. Esto es debido a la velocidad de rotación del árbol principal que en muchas soluciones es de aproximadamente 50-100 r.p.m. a una velocidad nominal. Por tanto, los componentes de la disposición deberían ser adecuados para dicho rango de frecuencia baja. Si se utilizan engranajes, el rango de frecuencia en las espiras del estator puede ser, por ejemplo de 30-75 Hz. Los niveles de frecuencia de generador de árbol variable (varían de 5-30 Hz y de 30-75 Hz) tienen que tomarse en cuenta con el fin de proporcionar una potencia a la red de distribución eléctrica de los buques que tienen, por ejemplo, una frecuencia de 50 o 60 Hz o distribución de CC. Además, el generador de imán permanente se puede disponer para proporcionar al menos 1,5 MVA, lo cual significa que la disposición debería cumplir los requisitos de fiabilidad y seguridad que son determinados por los estándares marinos ya mencionados anteriormente.
Puede ser posible que un barco tenga dos árboles 2 principales. En este caso de acuerdo con la invención la disposición comprende otro generador de imán permanente que se puede conectar con otro árbol principal del barco y otro disyuntor de generador entre el otro generador y el transformador de frecuencia a través del cual el otro generador se puede conectar al transformador de frecuencia. Las espiras del otro generador de imán permanente se conectan a otro punto de estrella y la disposición comprende otro disyuntor de punto de estrella entre las espiras del otro generador de imán permanente y el otro punto de estrella. La disposición además comprende otra primera medida de corriente dispuesta para medir corrientes entre el otro generador y el transformador de frecuencia y otra segunda medida de corriente dispuesta para medir corrientes entre las espiras del otro generador de imán permanente y el otro punto de estrella. Los otros elementos se corresponden al generador, al disyuntor, al punto de estrella y a la primera y segunda medida descritos anteriormente e ilustrados en la figura 1. Por tanto, las mismas referencias numéricas también se pueden utilizar para referirse a los otros elementos.
El relé de protección se puede conectar a la otra primera y segunda medidas de corriente y al disyuntor de punto de estrella y al otro disyuntor de generador. El relé de protección se dispone de forma correspondiente para abrir el otro disyuntor de punto de estrella si se detecta un cortocircuito de 2 o 3 fases entre las fases del generador como respuesta a la otra primera y la otra segunda medidas y para abrir el otro disyuntor de generador si se detecta un fallo de tierra doble como respuesta a la primera o a la segunda medidas. El lugar del relé de protección puede haber otro relé de protección que está dispuesto para hacer estas tareas y tiene dichas conexiones.
Las figuras de esta presentación son figuras esquemáticas, de manera que en soluciones reales puede haber otros dispositivos también, por ejemplo, unidades de alimentación de tensión y filtros dentro del transformador de frecuencia. Dado que el sistema de potencia tiene normalmente tres fases dichos disyuntores y medidas de corriente tienen conexiones con cada fase. Aunque el relé 11 de protección se describe como un dispositivo en la figura 1, también puede estar distribuido en diferentes ubicaciones, como cerca de los disyuntores, pero aun así trabajar juntos como un relé de protección descrito anteriormente. El relé 11 de protección se puede situar con el mismo armario 19 con el transformador de frecuencia, así como el dispositivo 18 de detección de fallo de tierra, el disyuntor 7 de generador y también la primera medida de corriente. El disyuntor de punto de estrella se sitúa dentro del conjunto de generador o en el generador o en el armario en las proximidades del generador.
El generador también trabaja con un par alto a una velocidad de rotación baja. Sin embargo, si se desea, la disposición inventiva se puede constituir con un engranaje 30 de transmisión como también se describe en la figura 3. En este caso, el generador puede también estar conectado a través del engranaje de transmisión. Adicionalmente, se puede observar que en el caso de un cortocircuito de 2 o 3 fases, la corriente de cortocircuito se puede detener incluso si el transformador de frecuencia no funciona y el disyuntor de generador está abierto. Esto no es posible en las soluciones de imán permanente de la técnica anterior.
Es evidente de lo anterior que la invención no está limitada a los modos de realización descritos en el texto sino que se puede implementar en muchos otros modos de realización diferentes dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Una disposición de generador de árbol para un barco, la disposición que comprende un generador (1) de imán permanente que se puede conectar a un árbol (2) principal del barco, un transformador (5) de frecuencia dispuesto para transformar la tensión del generador (1) y un disyuntor (7) de generador entre el generador (1) y el transformador (5) de frecuencia a través del cual el generador (1) se conecta al transformador (5) de frecuencia, en donde las espiras (1A) del generador (1) de imán permanente están conectadas a un punto (9) de estrella y cuya disposición comprende un disyuntor (10) de punto de estrella entre las espiras y el punto de estrella,
la disposición que además comprende una primera medida (15) de corriente dispuesta para medir corrientes entre el generador (1) y el transformador (5) de frecuencia, la disposición de generador de árbol está caracterizada por que comprende una segunda medida (14) de corriente dispuesta para medir corrientes entre las espiras (1A) y el punto (9) de estrella y un relé (11) de protección que está conectado a la primera (15) y a la segunda (14) medidas de corriente y al disyuntor (10) de punto de estrella y al disyuntor (7) de generador, cuyo relé (11) de protección se dispone para abrir el disyuntor (10) de punto de estrella si se detecta un cortocircuito de 2 o 3 fases entre las fases del generador como respuesta a la primera (15) o segunda (14) medida y abre el disyuntor (7) de generador si se detecta un fallo de tierra doble como respuesta a dicha primera (15) y segunda (14) medidas, y
el relé (11) de protección que está dispuesto para abrir el disyuntor (10) de punto de estrella debido al mal funcionamiento del disyuntor (7) de generador, y
el relé (11) de protección tiene una función de protección de sobrecorriente para detectar una sobrecorriente en caso de un cortocircuito de 2 o 3 fases y una función de protección de corriente diferencial para detectar una corriente diferencial en el caso de un fallo de tierra doble.
2. Una disposición de generador de árbol para un barco de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la disposición además comprende un dispositivo (18) de detección de fallo de tierra para detectar un fallo de tierra único y proporcionar un mensaje de fallo de tierra para monitorizar la disposición.
3. Una disposición de generador de árbol para un barco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde la disposición además comprende un armario de disyuntor de punto de estrella que tiene el punto (9) de estrella, el disyuntor (10) de punto de estrella y la segunda medida (14) de corriente en las proximidades del generador (1) de imán permanente.
4. Una disposición de generador de árbol para un barco de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el transformador (5) de frecuencia comprende un puente (5A) de corriente continua y dos inversores (5B, 5C).
5. Una disposición de generador de árbol para un barco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el generador (1) de imán permanente funciona a velocidad variable o a velocidad fija.
6. Una disposición de generador de árbol para un barco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el generador (1) de imán permanente proporciona al menos 0,5 MVA.
7. Una disposición de generador de árbol para un barco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el generador (1) de imán permanente está alrededor del árbol (2) principal.
8. Una disposición de generador de árbol para un barco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la disposición comprende un engranaje (30) de transmisión del árbol (2) principal y el generador (1) de imán permanente está en conexión con el árbol (2) principal a través del engranaje (30) de transmisión.
9. Una disposición de generador de árbol para un barco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la disposición además comprende otro generador (1) de imán permanente que está conectado con otro árbol (2) principal del barco y otro disyuntor (7) de generador entre el otro generador y el transformador (5) de frecuencia a través del cual el otro generador (1) se conecta al transformador de frecuencia y espiras (1A) del otro generador de imán permanente se conectan a otro punto (9) de estrella y cuya disposición comprende otro disyuntor (10) de punto de estrella entre las espiras del otro generador de imán permanente y el otro punto de estrella, la disposición que además comprende otra primera medida (15) de corriente dispuesta para medir corrientes entre el otro generador (1) y el transformador (5) de frecuencia y otra segunda medida (14) de corriente dispuesta para medir corrientes entre las espiras (1A) del otro generador (1) de imán permanente y el otro punto (9) de estrella.
10. Una disposición de generador de árbol para un barco de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el relé (11) de protección se conecta a la otra primera (15) y la otra segunda (14) medida de corriente y al otro disyuntor (10) de punto de estrella y al otro disyuntor (7) de generador, cuyo relé de protección está dispuesto para abrir el otro disyuntor de punto de estrella si se detecta un cortocircuito de 2 o 3 fases entre las fases del generador como respuesta a la otra primera o la otra segunda medida y para abrir el otro disyuntor de generador si se detecta un fallo de tierra doble como respuesta a dicha otra primera y otra segunda medidas.
11. Una disposición de generador de árbol para un barco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la disposición además comprende otro relé (11) de protección que se conecta a la otra primera (15) y la otra segunda (14) medidas de corriente y al otro disyuntor (10) de punto de estrella y al otro disyuntor (7) de generador, cuyo relé de protección está dispuesto para abrir el disyuntor de punto de estrella si se detecta un cortocircuito de 2 o 3 fases entre las fases del otro generador como respuesta a la otra primera o la otra segunda medida y para abrir el otro disyuntor de generador si se detecta un fallo de tierra doble como respuesta a dicha otra primera y dicha otra segunda medidas.
12. Una disposición de generador de árbol para un barco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la disposición comprende un disyuntor (8) de red de distribución entre el transformador (5) de frecuencia y la red (6) de distribución del barco.
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