IT201600074502A1 - Variatore di tensione sottocarico per trasformatore a secco. - Google Patents
Variatore di tensione sottocarico per trasformatore a secco.Info
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Description
“VARIATORE DI TENSIONE SOTTOCARICO PER TRASFORMATORE A SECCO”.
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto un variatore di tensione di tensione sottocarico (On Load Tap Changer (OLTC)) da applicare a trasformatori MT/BT (media tensione/bassa tensione) di tipo a secco, isolati in resina o aria, nuovi o esistenti, muniti di prese di regolazione della tensione a vuoto.
Come è noto la rete elettrica di distribuzione è composta da centrali elettriche di produzione, sottostazioni elettriche, cabine primarie, cabine secondarie e clientela.
L’energia elettrica prodotta nelle centrali viene distribuita nel territorio nazionale in altissima tensione (tipicamente 380 kV) tale tensione viene progressivamente abbassata man mano che si distribuisce radicalmente nel territorio. Nelle sottostazioni avviene la trasformazione da altissima tensione (380kV) ad alta tensione (120kV), nelle cabine primarie avviene la trasformazione da alta tensione (120 kV) a media tensione (20-15-10 kV), sino a raggiungere le cabine secondarie dove avviene la trasformazione da media tensione (20/15/10 kV) a bassa tensione (0,4 kV).
I clienti della rete elettrica possono essere allacciati alla rete di alta, media e bassa tensione.
Nell’arco della giornata i carichi elettrici variano continuamente e di conseguenza cambia anche il valore medio delle tensioni sulla rete elettrica.
Nelle reti di distribuzione generalmente il controllo dei valori di tensione viene effettuato nelle cabine primarie sulla rete di media tensione, con variatori di tensione sottocarico OLTC installati nei trasformatori AT/MT.
In ambito intemazionale i trasformatori che consentono di variare il rapporto spire con trasformatore inserito sono detti OLTC Transformer ovvero On-Load Tap-Changer Transformers oppure anche TCUL Transformers che sta per Tap Changers Under Load Transformers; nella abbreviazione inglese infatti con Tap-Changer si intende solamente il dispositivo meccanico che permette di selezionare un diverso numero di spire. In italiano si utilizza invece Γ abbreviazione VSC ovvero Variatori Sotto Carico con cui si indica il congegno necessario a fare la commutazione tra una presa e l’altra del trasformatore durante il normale funzionamento.
I clienti MT con propria cabina di trasformazione sono soliti allestire la propria cabina di trasformazione (MT/BT) con trasformatori MT/BT muniti di selettore manuale per la regolazione di tensione. Per una rete MT a 20 kV, i trasformatori utilizzati hanno un selettore manuale che generalmente permette la regolazione manuale del ± 2 x 2,5 % della tensione MT. In questo caso è sufficiente impostare il selettore manuale di tensione nel proprio trasformatore MT/BT per garantire un valore di tensione costante e contenuto entro i margini di tolleranza della rete elettrica e delle apparecchiature.
Oggigiorno, assistiamo ad una continua crescita degli impianti di generazione distribuita da fonti rinnovabili che vengono allacciati alla rete di distribuzione elettrica sia in alta che media e bassa tensione.
Tali impianti di generazione da fonti rinnovabili hanno come prerogativa Γ impossibilità di prevedere e gestire con certezza la produzione elettrica, poiché la produzione elettrica è legata a fattori locali ambientali e climatici (il sole per la generazione fotovoltaica, il vento per la generazione eolica). Tale caratteristica rende di fatto tale generazione elettrica fortemente discontinua.
Gli impianti di generazione da fonti rinnovabili vengono allacciati su reti elettriche esistenti e dimensionate per far fronte ad una clientela “passiva” che assorbiva energia in modo costante e programmabile.
Tale immissione di energia da fonti rinnovabili sulla rete elettrica di distribuzione esistente, comporta spesso
un’incontrollata variazione del valore di tensione sulla rete elettrica stessa, e dato che tale produzione di energia è soggetta a mutazioni atmosferiche anche repentine, e quindi non è prevedibili e programmabili, è possibile che lungo la rete di distribuzione si abbiano notevoli variazioni di tensione.
Tali variazioni di tensione generano sulla rete elettrica alcune problematiche:
• per gli utenti, ampie variazioni del valore di tensione comportano malfunzionamenti alle apparecchiature, guasti blocco di macchinari;
• per produttori ed auto produttori di energia elettrica da fonti rinnovabili, l’alto valore di tensione della rete elettrica comporta il superamento del limite di soglia per i propri inverter con conseguente distacco dalla rete con parzializzazione della produzione elettrica o distacco totale della produzione;
• per il gestore della rete elettrica, c’è un mancato rispetto dei limiti contrattuali del valore di tensione fornita ai clienti con possibili conseguenze giuridico legali.
Una possibile soluzione alle problematiche sopra illustrate è la possibilità di munire i trasformatori MT/BT di opportuni variatori di tensione sotto carico (OLTC).
Oggigiorno i trasformatori MT/BT di potenza, si distinguono in due grandi famiglie:
• trasformatori con isolamento in olio;
• trasformatori isolati a secco (cioè con isolamento in resina o in aria).
Su entrambe le tipologie di trasformatori sono disponibili variatori di tensione a vuoto per la regolazione della tensione in uscita.
Nei trasformatori isolati in olio, il variatore di tensione a vuoto è generalmente realizzato con un selettore posto sulla cassa del trasformatore.
Nei trasformatori isolati in resina o aria il variatore di tensione è realizzato mediante prese di tensione poste frontalmente sulle colonne del trasformatore.
In entrambi i casi per la modifica della posizione del variatore di tensione a vuoto è necessario provvedere alla messa fuori servizio ed in sicurezza del trasformatore ed agire manualmente sul/sui selettori.
Oggigiorno esistono trasformatori di tensione MT/BT con variatori di tensione sotto carico (OLTC), ma sono trasformatori opportunamente costruiti e con variatori di tensione appositamente costruiti di grandi dimensioni e non adatti ad un’installazione su trasformatori esistenti.
La Fig. 1 illustra un trasformatore MT/BT con un variatore di tensione sottocarico (OLTC). Il variatore di tensione sottocarico (OLTC) comprende dispositivi di commutazione (101) costituiti da interruttori meccanici installati su ciascuna fase del trasformatore e manovrati in sincronia da un comando meccanico proveniente da un motore esterno (102).
Generalmente viene costruito un telaio di sostegno (103) separato dal trasformatore. Il telaio di sostegno (103) sostiene tre dispositivi di commutazione (101) in modo da garantire normali distanze di isolamento tra i dispositivi di commutazione. Gli interruttori meccanici dei dispositivi di commutazione (101) sono manovrati con un albero di trasmissione (104) e giunti meccanici (105). Il motore elettrico (102) impartisce il movimento all’albero di trasmissione.
Tale variatore di tensione sottocarico (OLTC) si rivela molto ingombrante, si installa su trasformatori appositamente costruiti e soprattutto non si adatta ad un’installazione su trasformatori esistenti.
Scopo della presente invenzione è di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota fornendo un variatore di tensione sotto carico (OLTC) per trasformatori a secco che sia in grado di regolare la tensione sottocarico, in modo continuo su trasformatori muniti di variatore manuale di tensione nuovi, ma soprattutto adattabile anche a tutti i trasformatori esistenti già in esercizio.
Altro scopo della presente invenzione è di fornire un tale variatore di tensione sotto carico che sia poco ingombrante e di semplice istallazione e realizzazione.
Altro scopo della presente invenzione è di fornire un tale variatore di tensione sotto carico che sia versatile ed atto ad essere applicato su trasformatori a secco già esistenti e già in esercizio, purché muniti di variatore manuale di tensione.
Altro scopo della presente invenzione è di fornire un tale variatore di tensione sotto carico che sia efficiente, affidabile e sicuro.
Questi scopi sono raggiunti in accordo all 'invenzione con le caratteristiche della rivendicazione indipendente 1.
Realizzazioni vantaggiose dell 'invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.
L’idea brevettuale consiste nel realizzare un variatore di tensione sottocarico di tipo elettronico che funzioni sui trasformatori MT/BT a secco, cioè trasformatori con isolamento in aria o resina, siano essi di nuova fornitura o siano già installati e funzionanti, purché muniti di variatore manuale di tensione.
Il variatore di tensione secondo Γ invenzione comprende tre dispositivi di commutazione automatica, in cui ogni dispositivo di commutazione è montato su ogni fase del trasformatore e collegato elettricamente alle prese di tensione esistenti del variatore manuale.
Un’unità di controllo è atta a rilevare la tensione sulla rete elettrica di media o bassa tensione alla quale è collegato il trasformatore. L’unità di controllo, in base alla tensione rilevata sulla rete elettrica, controlla i dispositivi di commutazione.
L’unità di controllo può essere esterna e separata dai dispositivi di commutazione oppure può essere integrata in un o più dispositivi di commutazione.
Ogni dispositivo di commutazione contiene al suo interno:
- interruttori di commutazione;
- resistori di commutazione;
- azionamenti degli interruttori;
- elettronica di comando, controllo e sincronizzazione; - dispositivi di comunicazione e di interfaccia tra i tre dispositivi di commutazione e/o l’unità di controllo.
I trasformatori MT/BT a secco presentano generalmente prese di tensione per un cambio rapporto di tensione, disposte sulla parte frontale delle colonne in resina. Generalmente su ogni colonna sono previsti un gruppo o due gruppi di prese di tensione.
La dimensione ridotta del dispositivo di commutazione, permette Γ installazione del singolo dispositivo di commutazione direttamente su ciascuna colonna del trasformatore. Tale dispositivo di commutazione può essere sostenuto su ciascuna colonna tramite viti già predisposte nelle colonne di trasformatori esistenti per i collegamenti di barrette di cambio tensione. Nel caso di nuovi trasformatori, tali trasformatori possono essere provvisti di boccole o un sistema di sostegno esterno per supportare i dispositivi di
commutazione.
I dispositivi di commutazione sono collegati direttamente alle prese di tensione del variatore di tensione manuale e assieme alla tensione di rete.
II dispositivo di commutazione opera alla tensione di rete del sistema elettrico (media tensione), e le ridotte dimensioni garantiscono Γ isolamento del dispositivo con le stesse modalità di isolamento del trasformatore. In ogni caso, ciascun dispositivo di commutazione è isolato dal resto del contorno “spaziale”. Ciascun dispositivo di commutazione è alimentato tramite le stesse prese di tensione ( ad esempio 500V per trasformatori muniti di variatore manuale del ± 2 x 2,5 % alimentati da una rete a 20 kV).
Ciascun dispositivo di commutazione monta al proprio interno interruttori, relè di comando, resistenze di limitazione, collegamenti alle varie prese di tensione, elettronica di controllo e dialogo con gli altri commutatori, sistema di segnalazione visivo locale ed un sistema di alimentazione anche autonomo.
Una trasmissione dati necessaria è necessaria tra l’elettronica di controllo esterna al sistema ed i dispositivi di commutazione posti sul trasformatore, o tra l’elettronica di controllo montata a bordo di un dispositivo di commutazione ed i rimanenti dispositivi del sistema. Tale trasmissione dati è necessaria per una corretta gestione di sincronia delle manovre tra i vari commutatori, per una gestione di allarmi e di stati del sistema. Tale trasmissione dati è realizzata tramite connessioni non elettriche, tipo fibra ottica e/o comunicazioni wireless.
In particolare, l’elettronica di controllo sia essa montata a bordo del dispositivo di commutazione o collegata esternamente al trasformatore, rileva costantemente la tensione sulla rete elettrica a media o bassa tensione e compara il valore rilevato con un valore di riferimento di taratura. Al verificarsi di uno scostamento (in aumento o in diminuzione) del valore di tensione rilevata dal valore di taratura, l’unità di controllo comunica ai tre dispositivi di commutazione, ( ad esempio tramite fibra ottica), la manovra da eseguire (aumento di tensione o diminuzione di tensione). Le elettroniche dei tre dispositivi di commutazione, verificata l’assenza di anomalie proprie e degli altri commutatori, operano la regolazione tensione che viene iniziata in sincronia tra i tre dispositivi di commutazione.
I commutatori sono costruiti per operare commutazioni su tutte le regolazioni disponibili sulle prese di tensione esistenti, ma spesso nella realtà è necessario operare variazioni di tensione solo su 2/3 posizioni. Per realizzare un dispositivo di minori dimensioni e maggiormente economico, il commutatore di tensione sottocarico può essere costruito per operare su 3 gradini di tensione anziché 5. Il variatore di tensione a 3 gradini potrà essere montato su un trasformatore MT/BT dotato di 5 gradini di variazione avendo la possibilità di scegliere i 3 rapporti consecutivi più adatti alla realtà impiantistica in questione.
Si possono ottnere:
- versione a cinque gradini di cambio tensione per i trasformatori normalmente utilizzati ( ± 2 x 2,5 % );
- versione a tre gradini di cambio tensione, su 5 disponibili (- 2 x 2,5%; oppure ± 1 x 2,5 %; oppure 2 x 2,5 %) per i trasformatori normalmente utilizzati ( ± 2 x 2,5 % );
- versione a n gradini di cambio tensione per trasformatori con n possibilità di variazione di tensione, in cui n è un numero intero diverso da 3 e da 5.
Ciascun dispositivo di commutazione comprende relè bistabili su circuiti principali e relè monostabili (normalmente aperti) su circuiti di resistori di commutazione.
Ogni relè comunica la propria posizione all’unità di controllo che verifica la correttezza della posizione del relè e segnala eventualmente anomalie riscontrate.
La manovra di commutazione comporta la verifica dell’assenza di anomalie dei componenti, il corretto valore di temperatura dei resistori di parallelo, dopodiché vengono manovrati in sequenza i relè/interruttori fino al completamento della manovra sottocarico che sarà di breve durata (tempo necessario per eseguire circa 4 commutazioni in sequenza) impiegando di norma circa 0,5-2 secondi.
Ad ogni commutazione di tensione le resistenze di commutazione vengono attraversate dalla corrente elettrica del sistema e si riscaldano. Ciascun dispositivo di controllo comprende sensori di temperatura, costituiti ad esempio da termistori. La temperatura di esercizio delle resistenze di parallelo viene monitorata dei sensori di temperatura è monitorata costantemente dall’unità di controllo per prevenirne eventuali surriscaldamenti.
Il dispositivo potrà montare a bordo un sistema integrato di raffreddamento delle resistenze.
L’elettronica di ciascun dispositivo di commutazione è stata ingegnerizzata per poter operare immersa in un profondo campo elettromagnetico e sarà opportunamente schermata.
La ridottissima potenza elaborativa richiesta all’unità di controllo risolve problemi di disturbi esterni.
I relè siano essi bistabili e monostabili potranno essere a ritenuta meccanica, magnetica o pneumatica ecc. Le bobine di comando dei relè possono essere alimentate a correte alternata (a.c.) o a corrente continua (d.c.). Preferibilmente le bobine dei relè sono alimentate a corrente continua (d.c.) per poter meglio operare immerse in un elevato campo elettromagnetico.
L’alimentazione elettrica dei dispositivi di commutazione è prelevata direttamente tra due contatti contigui delle prese di tensione del trasformatore quando il trasformatore è in servizio (circa 500V per trasformatori 20/0,4 kV ± 2 x 2,5%). Ciascun dispositivo di commutazione può comprendere anche un sistema di alimentazione autonomo ausiliario, composto ad esempio da una batteria ricaricabile, con relativa elettronica di regolazione, per alimentare il sistema ed effettuare manovre di commutazione anche con trasformatore MT/BT fuori servizio.
Il variatore di tensione sotto carico, secondo Γ invenzione presenta i seguenti vantaggi:
- ha una struttura compatta che non comporta una modifica dei box di contenimento del trasformatore;
- consente la trasformazione di trasformatori esistenti con variazione di tensione a vuoto in trasformatori con variatore di tensione sottocarico;
- facilità di installazione;
- ha un costo ridotto per un utilizzo in impiantistiche private.
- può essere utilizzato da società distributrici per garantire corretti valori di tensione ai propri clienti.
Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita a sue forme di realizzazione puramente esemplificative e quindi non limitative, illustrate nei disegni annessi, in cui:
la Fig. 1 è una fotografia di un trasformatore MT/BT con un variatore di tensione sotto carico di tipo OLTC secondo la tecnica nota;
la Fig. 2 è una fotografia di un trasformatore MT/BT con variatore di tensione a vuoto;
la Fig. 2A è una vista frontale di un trasformatore MT/BT in resina con commutatore manuale di tensione ;
la Fig. 3 è una vista laterale del trasformatore di Fig. 2A; la Fig. 4 è una vista frontale del trasformatore di Fig. 2A al quale è stato applicato il variatore di tensione secondo l’invenzione;
la Fig. 5 è una vista laterale del trasformatore di Fig. 4 con il variatore di tensione secondo Γ invenzione;
la Fig. 6 è uno schema circuitale di un dispositivo di commutazione del variatore di tensione secondo Γ invenzione, nel caso di cinque gradini di tensione;
la Fig. 7 è uno schema circuitale di un dispositivo di commutazione del variatore di tensione secondo Γ invenzione, nel caso di tre gradini di tensione;
la Fig. 8 è uno schema, illustrante schematicamente tre possibili posizioni di istallazione del dispositivo di commutazione di Fig. 7 in una presa di tensione del trasformatore di tensione di Fig. 2.
Con l’ausilio delle Figure da 2 a 7 viene descritto il variatore di tensione sottocarico secondo l’invenzione, indicato complessivamente con il numero di riferimento (1).
Per ora con riferimento alle Figg. 2 e 3 viene illustrato un trasformatore a secco (2) di tipo in resina. Il trasformatore a secco (2) è atto a trasformare una corrente di media tensione (MT) di circa 20 kV in una correte di bassa tensione (BT) di circa 0,4 kV (valori riferiti alla maggioranza della rete elettrica Italiana, altri valori di tensione primaria (MT 10-15-24 kV) e tensione secondaria (BT sino a 1 kV) sono possibili).
Il trasformatore a secco (2) è di tipo trifase. Pertanto il trasformatore a secco comprende un nucleo magnetico (20) che comprende tre porzioni di nucleo. Su ciascuna porzione di nucleo è avvolto un avvolgimento (21) di bassa tensione ed un avvolgimento di media tensione isolati in resina. In questo modo il trasformatore a secco (2) ha tre avvolgimenti di media tensione e tre avvolgimenti di bassa tensione (21).
I tre avvolgimenti di media tensione (21) sono collegati tra loro mediante collegamenti (23).
Ciascun avvolgimento di media tensione (21) ha una presa di tensione (24) per una variazione a vuoto della tensione della rete elettrica a cui è collegato il trasformatore.
In ciascuna presa di tensione (24) ci sono sei contatti elettrici (25) per potere ottenere cinque gradini di variazione di tensione (+2 x 2,5%) in conformità al collegamento tra i contatti elettrici (25) della presa di tensione. Secondo la tecnica nota, per regolare la tensione della rete elettrica, il trasformatore a secco (2) viene posto fuori tensione e messo in sicurezza e vengono opportunamente collegati tra loro due contatti elettrici (25) della presa di tensione, mediante barrette conduttive di collegamento, in modo da ottenere la regolazione di tensione desiderata. Successivamente, dopo aver completato il collegamento dei contatti elettrici (25) uguali sulle tre colonne si può rimettere in servizio il trasformatore (2).
Con riferimento alle Figg. 4 e 5 è illustrato il variatore di tensione sottocarico (1), secondo Γ invenzione, applicato al trasformatore (2).
Il variatore di tensione sottocarico (1) comprende principalmente tre dispositivi di commutazione (3) atti ad essere applicati alle rispettive prese di tensione (24) previste sugli avvolgimenti delle tre fasi del trasformatore (2), ed una elettronica di comando e controllo posta all’esterno dei tre dispostivi di commutazione (3) o integrata in uno dei tre dispositivi di commutazione (3).
Ciascun dispositivo di commutazione (3) comprende una morsettiera provvista di contatti elettrici (30) atti ad andare a contatto con i contatti elettrici (25) della presa di tensione (24).
Entro ciascun dispositivo di commutazione (30) ci sono una pluralità di interruttori disposti tra i contatti elettrici (30) del dispositivo di commutazione. Gli interruttori sono normalmente aperti e si chiudono per abilitare il collegamento tra due contatti elettrici (25) della presa di tensione del trasformatore, in modo da ottenere una variazione della tensione del trasformatore.
Il variatore di tensione sottocarico (1) comprende un’unità di controllo (4) destinata ad essere collegata alla rete di alimentazione elettrica (6) a bassa tensione (BT) che esce dal trasformatore a secco (2). L’unità di controllo (4) comprende:
- un rilevatore di tensione (42) atto a rilevare la tensione sulla rete di alimentazione elettrica (6), e
- un comparatore (43) atto a confrontare la tensione rilevata dal rilevatore di tensione (42) con un valore preimpostato di tensione di taratura.
L’unità di controllo (4) può essere separata dai dispositivi di commutazione (3) o può essere integrata in almeno uno dei dispositivi di commutazione.
Ciascun dispositivo di commutazione (3) comprende un ricetrasmettitore (31) per scambiare segnali di comando e segnali di informazione tra loro e con l’unità di controllo (4). Una linea di trasmissione (5) collega i ricetrasmettitori (31) dei dispositivi di commutazione e l’unità di controllo (4). La linea di trasmissione (5) non deve essere in materiale conduttivo, pertanto la linea di trasmissione (5) potrebbe essere una fibra ottica oppure una trasmissione wireless.
L’unità di controllo (4) è configurata in modo che:
A) quando la tensione rilevata dai mezzi di rilevazione (42) è minore del valore preimpostato di tensione taratura, l’unità di controllo (4) comanda gli interruttori dei dispositivi di commutazione (3) in modo da variare la tensione di uscita del trasformatore (2), con una manovra sottocarico, affinché aumenti la tensione sulla rete elettrica di bassa tensione in uscita (6),
B) quando la tensione rilevata dai mezzi di rilevazione (42) è maggiore del valore preimpostato di tensione di taratura, l’unità di controllo (4) comanda gli interruttori dei dispositivi di commutazione (3) in modo da variare la tensione del trasformatore a secco, con una manovra sottocarico, affinché diminuisca la tensione sulla rete elettrica di bassa tensione in uscita (6).
Con riferimento a Fig. 6 viene illustrato uno schema circuitale del dispositivo di commutazione (3).
Il dispositivo di commutazione (3) comprende:
- sei pin (30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f) costituiti dai contatti elettrici (30) destinati ad andare a contatto con i contatti elettrici (25) della presa di tensione del trasformatore; e
- cinque gruppi interruttori (II, 12, 13, 14, 15).
Il primo gruppo interruttore (II) è disposto tra il primo pin (30a) e il secondo pin (30b). Il secondo gruppo interruttore (12) è disposto tra il secondo pin (30b) e il secondo pin (30c). Il terzo gruppo interruttore (13) è disposto tra il terzo pin (30c) e il quarto pin (30d). Il quarto gruppo interruttore (14) è disposto tra il quarto pin (30d) e il quinto pin (30e). Il quinto gruppo interruttore (15) è disposto tra il quinto pin (30e) e il sesto pin (30f).
I gruppi interruttori (11-15) e si manovrano in conformità a segnali di comando inviati dall 'unità di controllo (4). La chiusura di ciascun gruppo interruttore abilita la comunicazione tra due pin. In questo modo, in base al collegamenti dei pin del dispositivo di commutazione, si possono selezionare cinque gradini di variazione di tensione (-2, -1, 0, 1, 2) sul trasformatore a secco (2).
Ciascun gruppo interruttore comprende un interruttore principale (Wl) costituito ad esempio da un relè bistabile.
Un interruttore secondario (W2) è disposto in parallelo all’ interruttore principale (Wl) ed in serie ad un resistore di parallelo (R). L’interruttore secondario (W2) è ad esempio un relè monostabile normalmente aperto.
L’interruttore principale (Wl) è di tipo bistabile poiché deve mantenere la posizione assunta anche in caso di disalimentazione imprevista del trasformatore (2) e del sistema.
In caso di disalimentazione, il relè bistabile dell’interruttore principale (Wl) rimane nella posizione di chiuso che aveva prima della disalimentazione, garantendo un’immediata ripresa del servizio del trasformatore allo stesso valore di tensione precedentemente regolato.
L’interruttore principale (Wl) e l’interruttore secondario (W2) sono comandati dall’unità di controllo (4).
L’interruttore secondario (W2) è in serie al resistore di parallelo (R) e si chiude quando è in corso una manovra di commutazione. Il resistore di parallelo (R) serve a limitare le correnti interne al trasformatore che si generano tra la porzione di avvolgimento chiusa dall’interruttore secondario (W2).
Un sensore di temperatura (S) è disposto in corrispondenza di ciascun resistore parallelo (R). Il sensore di temperatura (S) può essere ad esempio un termistore che cambia il suo valore di resistenza in base alla temperatura. Il sensore di temperatura (S) è collegato all’unità di controllo (4), in modo che l’unità di controllo (4) rilevi la temperatura su ogni resistore di parallelo (R).
La manovra di commutazione comporta la chiusura in corto circuito di una porzione di avvolgimento del trasformatore. Il resistore di parallelo (R), posto in serie alla porzione di avvolgimento, limita le correnti a valori non distruttivi del trasformatore stesso. La corrente che circola nel resistore di parallelo (R) riscalda il resistore stesso.
L’unità di controllo (4) confronta la temperatura dei resistori parallelo (R) rilevata dai sensori di temperatura (S) con un valore di soglia impostato ed abilità la manovra di commutazione, se la temperatura dei resistori parallelo (R) è inferiore al valore di soglia impostato oppure blocca la manovra di commutazione, se la temperatura dei resistori parallelo (R) è superiore al valore di soglia impostato.
Il dispositivo di commutazione (3) può contenere anche un sistema di raffreddamento dei resistori parallelo (R), quale ad esempio un ventilazione d’aria o cella ad effetto Peltier.
Un dispositivo di sicurezza (D) è disposto nel dispositivo di commutazione (3). Il dispositivo di sicurezza (D) garantisce la conduzione nel caso di guasto di un interruttore.
L’avvolgimento del trasformatore è aperto nel suo punto centrale. Durante il suo funzionamento il trasformatore non deve presentare mai l’avvolgimento aperto; pertanto il trasformatore necessita di una presa di tensione sempre chiusa (un qualsiasi gradino) (motivo per il quale vengono utilizzati relè bi stabili per l’interruttore principale (Wl)). In una situazione normale, tra le prese di tensione non utilizzate la differenza di potenziale è di circa 2 kV massimo (tensione gestibile dall’isolamento delle apparecchiature utilizzate).
Se per qualche anomalia del sistema non c’è un interruttore principale (Wl) chiuso su ciascuna fase del trasformatore, ai capi delle prese di tensione si manifesta l’intera tensione del sistema (20 kV), provocando la distruzione del variatore di tensione sottocarico (1) e del trasformatore (2). Per evitare ciò, il dispositivo di sicurezza (D) è configurato in modo da risultare isolato fino a tensioni di poco superiori a 2 kV (quando il sistema funziona regolarmente), mentre entra in conduzione rapidamente, collegando due prese di tensione del trasformatore, quando si supera tale soglia (2,5 kV circa).
L’intervento del dispositivo di sicurezza (D) evita scariche elettriche sui commutatori del variatore di tensione, ma comanda anche un immediato distacco dalla rete elettrica del trasformatore (2).
Il dispositivo di sicurezza (D) è disposto tra il terzo pin (30c) e il quarto pin (30d), cioè tra i pin intermedi ai quali viene assegnato il valore “0” per i gradini di variazione di tensione. Il dispositivo di sicurezza (D) può essere ad esempio un diodo Schottky.
L’unità di controllo (4) conosce la posizione degli interruttori di ciascun gruppo interruttore.
Il rilevatore di tensione (42) dell’ unità di controllo rileva la tensione sulla rete elettrica (6). Il comparatore (42) confronta la tensione rilevata con il valore di tensione di taratura.
Se la tensione rilevata è minore del valore di tensione di taratura, l’unità di controllo (4) comanda:
- la chiusura dell’interruttore secondario (W2) del gradino in uso
- la chiusura dell’interruttore secondario (W2) del gradino successivo,
- l’apertura dell’interruttore principale (Wl) del gradino in uso,
- la chiusura dell’interruttore principale (Wl) del gradino successivo, e
- l’apertura degli interruttori secondari (W2)
precedentemente chiusi.
Cioè si passa da 2 a 1, da 1 a 0, da 0 a -1, da -1 a -2. In questo modo viene aumentata la tensione sulla rete elettrica in uscita dal trasformatore (6).
Invece se la tensione rilevata è maggiore del valore di tensione di taratura, l’unità di controllo (4) comanda:
- la chiusura dell 'interruttore secondario (W2) del gradino in uso,
- la chiusura dell 'interruttore secondario (W2) del gradino precedente,
- l’apertura dell’interruttore principale (Wl) del gradino in uso,
- la chiusura dell’interruttore principale (Wl) del gradino precedente, e
l’apertura degli interruttori secondari (W2) precedentemente chiusi.
Cioè si passa da -2 a -1, da -1 a 0, da 0 a 1, da 1 a 2. In questo modo viene diminuita la tensione sulla rete elettrica in uscita dal trasformatore (6).
L’unità di controllo (4) comprende un timer (44) impostato in modo tale che l’unità di controllo gestisca un intervallo di tempo programmabile tra una manovra di commutazione e la successiva. Tale intervallo di tempo è necessario per evitare pendolamenti di tensione e manovre ricorrenti.
In Fig. 7 viene illustrato un dispositivo di commutazione (3) a 3 gradini di variazione di tensione con tre possibilità di montaggio su un trasformatore avente 5 gradini di regolazione di tensione. Le combinazioni di regolazione che si possono ottenere sono:
2, 1, 0;
- 1, 0, - 1
- 0, -1, -2.
In questo caso il dispositivo di commutazione ha solo quattro pin (30a, 30b, 30c, 30d) e tre gruppi interruttori (II, 12, 13). Il dispositivo di sicurezza (D) va installato in determinati punti del circuito del dispositivo di commutazione (3), a seconda di come viene utilizzato il dispositivo di commutazione (3). In Fig. 7 sono state mostrate a tratteggio altre due posizioni in cui si può istallare il dispositivo di sicurezza (D).
In Fig. 8 viene mostrato una schema che illustra tre differenti possibilità di istallazione del dispositivo di commutazione (3) a tre gradini nel trasformatore (2). A secondo della posizione di istallazione del dispositivo di commutazione (3) si cambia il posizionamento del dispositivo di sicurezza (D).
Alle presenti forme di realizzazione dell'invenzione, possono essere apportate variazioni e modifiche equivalenti, alla portata di un tecnico del ramo, che rientrano comunque entro l'ambito dell'invenzione.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Variatore di tensione sottocarico (1) per trasformatore a secco (2), il trasformatore a secco (2) essendo destinato ad essere collegato ad una rete elettrica (6) a media tensione per trasformare una media tensione in una bassa tensione per alimentare utenze, il trasformatore a secco (2) essendo di tipo trifase comprendente tre avvolgimenti (21) avvolti in tre porzioni di un nucleo magnetico (20), ciascun avvolgimento (21) del trasformatore a secco avendo una presa di tensione (24) comprendente una pluralità di contatti elettrici (25) destinati ad essere collegati tra loro per variare la tensione sulla rete elettrica (6); il variatore di tensione sottocarico (1) comprendendo: - tre dispositivi di commutazione (3) destinati ad essere applicati rispettivamente alle tre prese di tensione (24) del trasformatore a secco, per commutare i collegamenti tra i contatti elettrici (25) delle prese di corrente, - un’unità di controllo (4) collegata ai tre dispositivi di commutazione (3) per comandare elettronicamente detti dispositivi di commutazione (3), e - una linea di trasmissione (5), di tipo non conduttiva, che collega i tre dispositivi di commutazione (3) e l’unità di controllo (4) per uno scambio di segnali elettrici tra i tre dispositivi di commutazione (3) e l’unità di controllo (4).
- 2. Variatore di tensione sottocarico (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta unità di controllo (4) comprende: - un rilevatore di tensione (42) destinato ad essere collegato alla rete elettrica (6) per rilevare la tensione sulla rete elettrica, e - un comparatore (43) configurato in modo da confrontare la tensione rilevata dal rilevatore di tensione (42) con un valore preimpostato di tensione di taratura, detta unità di controllo (4) essendo configurata in modo da comandare detti dispositivi di commutazione (3) in conformità al confronto di tensione eseguito dal comparatore (43).
- 3. Variatore di tensione sottocarico (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta linea di trasmissione (5) comprende una fibra ottica o una trasmissione di tipo wireless.
- 4. Variatore di tensione sottocarico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun dispositivo di commutazione (3) comprende: - una pluralità di pin (30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f) costituiti dai contatti elettrici (30) destinati ad andare a contatto con i contatti elettrici (25) della presa di tensione del trasformatore a secco, - gruppi interruttori (II, 12, 13, 14, 15), di tipo elettronico, disposti tra i pin del dispositivo di commutazione per abilitare/disabilitare il collegamento tra i pin del dispositivo di commutazione, e - un ricetrasmettitore (31) accoppiato a detta linea di trasmissione (5) per ricevere sgnali di comando da detta unità di controllo (4) e trasmettere segnali di informazione a detta unità di controllo.
- 5. Variatore di tensione sottocarico (1) secondo la rivendicazione 4, in cui ciascun gruppo interruttori (II, 12, 13, 14, 15) comprende un interruttore principale (Wl) di tipo a relè.
- 6. Variatore di tensione sottocarico (1) secondo la rivendicazione 5, in cui ciascun gruppo interruttori (II, 12, 13, 14, 15) comprende un interruttore secondario (W2) di tipo a relè disposto in parallelo all 'interruttore principale (Wl).
- 7. Variatore di tensione sottocarico (1) secondo la rivendicazione 6, in cui detto interruttore principale (Wl) è di tipo a relè bistabile e detto interruttore secondario (W2) è di tipo a relè monostabile.
- 8. Variatore di tensione sottocarico (1) secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui detto dispositivo di commutazione (3) comprende: - una pluralità di resistori di parallelo (R) in cui ciascun resistore di parallelo (R) è disposto in serie a detto interruttore secondario (W2), e - una pluralità di sensori di temperatura (S), in cui ciascun sensore di temperatura è disposto in corrispondenza di ciascun resistore di parallelo (R).
- 9. Variatore di tensione sottocarico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 8, in cui ciascun dispositivo di commutazione (3) comprende un dispositivo di sicurezza (D) disposto tra due pin intermedi per garantire la conduzione in caso di guasto di un gruppo interruttori.
- 10. Trasformatore a secco (2) destinato ad essere collegato ad una rete elettrica (6) a media tensione per trasformare una media tensione in una bassa tensione per alimentare utenze, detto trasformatore a secco (2) essendo di tipo trifase comprendente tre avvolgimenti (21) avvolti in tre porzioni di un nucleo magnetico (20), ciascun avvolgimento (21) del trasformatore a secco avendo una presa di tensione (24) comprendente una pluralità di contatti elettrici (25) destinati ad essere collegati tra loro per variare la tensione sulla rete elettrica (6), in cui detto trasformatore a secco (2) comprende un variatore di tensione sottocarico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
Priority Applications (1)
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| IT102016000074502A IT201600074502A1 (it) | 2016-07-15 | 2016-07-15 | Variatore di tensione sottocarico per trasformatore a secco. |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO2012135213A1 (en) * | 2011-03-27 | 2012-10-04 | Abb Technology Ag | Tap changer with an improved monitoring system |
| EP2541572A1 (en) * | 2011-06-27 | 2013-01-02 | ABB Technology Ltd | Method and apparatus for monitoring of a tap changer |
| CN105632727A (zh) * | 2014-11-25 | 2016-06-01 | 王海 | 变压器有载调压分接开关及有载调压变压器 |
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2016
- 2016-07-15 IT IT102016000074502A patent/IT201600074502A1/it unknown
Patent Citations (3)
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