MXPA98009865A - Transformador/reactor - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un transformador/reactor de potencia (14, 15, 16) para altos voltajes, que comprende al menos un devanado que tiene al menos un conductor portador de corriente. El devanado comprende un aislante sólido (7) rodeado por capas externa e interna (8, 6) que sirven para compensar el potencial y que tienen propiedades semiconductoras. Las capas (6, 8) y el aislante (7) se adhieren a lo largo esencialmente del conjunto de sus superficies de contacto. Dicho conductor estádispuesto por el interior de la capa semiconductora interna (6). La capa externa (8) estáconectada a tierra o a un potencial de otro modo relativamente bajo. Dicho aislante sólido de los devanados constituye sustancialmente el aislante eléctrico total del transformador/reactor de potencia.

Description

TRANSFORMADOR/REACTOR CAMPO TÉCNICO La presente invención se relaciona con un transformador/reactor de potencia. Para la transmisión y distribución de energía eléctrica, se emplean transformadores cuya misión consiste en permitir el intercambio de energía eléctrica entre dos o más sistemas eléctricos. Un transformador es un producto eléctrico clásico que ha existido, tanto teórica como prácticamente, durante más de cien años. Esto se pone de manifiesto claramente por la Patente Alemana DE 40414 de 1885. Los transformadores son disponibles en todas las gamas de potencia que van desde la gama VA hasta la gama de 1000 MVA. Con respecto a la gama de voltaje, existe un espectro que va hasta los voltajes de transmisión más elevados que están siendo utilizados hoy día. Un transformador pertenece a un grupo de productos eléctricos que, en relación al modo fundamental de operación, son relativamente fáciles de entender. Para la transferencia de energía entre los sistemas eléctricos, se utiliza inducción electromagnética. Existe un gran número de libros de texto y artículos que describen de un modo más o menos teórico y práctico la teoría, los cálculos, la fabricación, el uso, la vida de servicio, etc, del transformador. Además, existe un gran número de patentes referentes a modalidades sucesivamente mejoradas de las diferentes partes de un transformador, tales como, por ejemplo, los devanados, el núcleo, la cuba, los accesorios, el enfriamiento, etc. La invención se relaciona con un transformador que pertenece a los denominados transformadores de potencia con una potencia de régimen que va desde unos cuantos cientos de kVA hasta más de 1000 MVA con un voltaje de régimen que va desde 3-4 kV hasta voltajes de transmisión muy elevados, 400 kV a 800 kV o mayores. El concepto inventivo que constituye la base de la presente invención es aplicable también a reactores . Sin embargo, la siguiente descripción del estado de la técnica se refiere principalmente a transformadores de potencia. Como es bien sabido, los reactores pueden estar diseñados como reactores monofásicos y reactores trifásicos. Con respecto al aislamiento y enfriamiento existen, en principio, las mismas modalidades que para los transformadores. Así, puede disponerse de reactores aislados con aire y aislados con aceite, auto-enfriados, enfriados con aceite, etc. Aunque los reactores tienen un devanado ( or fase ) y pueden ser diseñados con y sin un núcleo de hierro, la descripción del estado de la técnica está relacionada en un alto grado con reactores. ESTADO DE LA TÉCNICA. LOS PROBLEMAS Con el fin de situar un transformador/reactor de potencia según la invención en su contexto adecuado y, por tanto, para poder describir un nuevo enfoque de acuerdo con la invención en adición a las ventajas proporcionadas por la invención con respecto al estado de la técnica, a continua-ción se ofrecerá una descripción relativamente completa de un transformador de potencia tal y como se encuentra actualmente diseñado, así como de las limitaciones y problemas que existen derivados de los . cálculos, diseño, aislamiento, conexión a tierra, fabricación, uso, ensayo, transporte, etc, de estos transformadores. En relación con lo antes mencionado, existe una bibliografía extensa relacionada con transformadores en general y, más particularmente, con transformadores de potencia. Por ejemplo, se puede hacer referencia al siguiente libro: The J & P Transformer Book. A Practical Technology of the Po eir Transformer de A. C. Franklin y D. P. Franklin, publicado por Butter orths, edición 11, 1990. Con respecto al aislamiento eléctrico interno de los devanados, etc, se puede mencionar la siguiente referencia: Transformerboard. Die Verwendung von Transformerboard in Grossleistungstransformatoren de H. P. Moser, publicado por H. Weidman AG, CH-8640 Rapperswil. Desde un punto de vista puramente general, la misión principal de un transformador de potencia es la de permitir el intercambio de energía eléctrica entre dos o más sistemas eléctricos, normalmente de diferentes voltajes y con la misma frecuencia. Un transformador de potencia convencional comprende un núcleo de transformador, a continuación referido como núcleo, frecuentemente de chapa laminada orientada, generalmente de acero al silicio. El núcleo comprende un número de columnas de núcleo, conectadas por culatas que forman conjuntamente una o más ventanas de núcleo. Los transformadores con dicho núcleo suelen ser referidos como transformadores de núcleo. Alrededor de las columnas de núcleo existe un número de devanados que normalmente son referidos como devanados primario, secundario y de control. En lo que se refiere a los transformadores de potencia, estos devanados están en la práctica siempre dispuestos y distribuidos concéntricamente a lo largo de la longitud de las columnas del núcleo. El transformador de núcleo tiene normalmente arrollamientos circulares así como una sección de columnas de núcleo ahusada con el fin de llenar la ventana del modo más eficaz posible. Además de los transformadores de tipo núcleo existen los denominados transformadores de tipo armazón. Estos suelen estar diseñados con arrollamientos rectangulares y con una sección rectangular de columnas del núcleo.

Los transformadores de potencia convencionales, en el límite inferior de la gama de potencia antes mencionada, suelen ser diseñados con enfriamiento con aire para disipar el calor derivado de pérdidas inherentes. Para la protección contra el contacto y posiblemente para reducir el campo magnético externo del transformador, suele ser proporcionado con una carcasa exterior provista de aberturas de ventilación. Sin embargo, la mayoría de los transformadores de potencia convencionales están enfriados con aceite. Uno de los motivos de ésto es que el aceite presenta una función muy importante adicional como medio aislante. Un transformador de potencia enfriado con aceite y aislado con aceite está rodeado por tanto por una cuba externa sobre la cual, como será evidente a partir de la siguiente descripción, existen demandas muy importantes. Normalmente, se proporcionan medios para enfriar el aceite con agua. La siguiente parte de la descripción se referirá en su mayor medida a transformadores de potencia cargados con aceite. Los devanados del transformador están formados a partir de uno o varios arrollamientos conectados en serie y constituidos por un número de vueltas o espiras conectadas en serie. Además, los arrollamientos están provistos de un dispositivo especial para permitir la conmutación entre las tomas de los arrollamientos. Dicho dispositivo puede ser diseñado para efectuar derivaciones con ayuda de conexiones de rosca o más frecuentemente con ayuda de un conmutador especial que es operable cerca de la cuba. En el caso de que la conmutación pueda tener lugar para un transformador bajo voltaje, el conmutador recibe la denominación de conmutador de tomas en carga mientras que, de otro modo, recibe la denominación de conmutador de tomas desactivado. Con respecto a los transformadores de potencia enfriados con aceite y aislados con aceite en la gama de potencia superior, los contactos de los conmutadores de tomas en carga están situados en recipientes especiales llenos de aceite con conexión directa a la cuba del transformador. Los contactos son operados de un modo puramente mecánico por vía de un árbol rotativo accionado por motor y están dispuestos con el fin de permitir un movimiento rápido durante la conmutación cuando el contacto está abierto y un movimiento más lento cuando el contacto está cerrado. Los conmutadores de tomas en carga como tales, sin embargo, están situados en el propio tanque del transformador. Durante la operación, se presentan formación de arco y chisporroteo. Esto conduce a la degradación del aceite existente en los recipientes. Para obtener menos arcos y por tanto también menos formación de hollín y menos desgaste en los contactos, los conmutadores de tomas en carga se conectan generalmente al lado de alto voltaje del transformador. Esto se debe al hecho de que las corrientes que necesitan ser rotas y conectadas, respectivamente, son más pequeñas en el lado de alto voltaje que si los conmutadores de tomas en carga tuvieran que conectarse al lado de bajo voltaje. La estadística de fallos de los transformadores de potencia cargados con aceite convencionales demuestran que suelen ser los conmutadores de tomas en carga los que dan lugar a tales fallos. En la gama de potencia más baja de los transformadores de potencia enfriados con aceite y aislados con aceite, tanto los conmutadores de tomas en carga como sus contactos están situados dentro de la cuba. Esto significa que los problemas antes mencionados con respecto a la degradación del aceite como consecuencia de la formación de arcos durante la operación, etc, afectan a todo el sistema de aceite. Desde el punto de vista de voltaje aplicado o inducido, puede decirse ampliamente que un voltaje que es estacionario de un lado a otro de un devanado se distribuye por igual en cada espira del devanado, es decir, el voltaje en las espiras es igual en todas las espiras. Sin embargo, desde el punto de vista de potencial eléctrico, la situación es totalmente diferente. Un extremo de un devanado está conectado normalmente a tierra. Sin embargo, esto significa que el potencial eléctrico de cada espira aumenta linealmente desde prácticamente cero en la espira que se encuentra más cerca del potencial a tierra hasta un potencial en las espiras que están en el otro extremo del devanado que corresponde al voltaje aplicado. Esta distribución de potencial determina la composición del sistema de aislamiento puesto que es necesario disponer de aislamiento suficiente tanto entre espiras adyacentes del devanado como entre cada espira y tierra. Las espiras de un arrollamiento individual se ntan normalmente para formar una unidad geométrica coherente, físicamente delimitada de los otros arrollamientos. La distancia entre los arrollamientos es también determinada por la carga dieléctrica que puede permitirse que ocurra entre los arrollamientos. Esto significa así que también se requiere una determinada distancia de aislamiento entre los arrollamientos. De acuerdo con lo anterior, se requieren igualmente distancias de aislamiento suficientes a los otros objetos conductores de la electricidad que se encuentran dentro del campo eléctrico derivado del potencial eléctrico que se presenta localmente en los arrollamientos. De este modo, resulta claro a partir de la descripción antes mencionada qué, para los arrollamientos individuales, la diferencia de voltaje internamente entre elementos conductores físicamente adyacentes es relativamente baja, mientras que la diferencia de voltaje externamente en relación a otros objetos metálicos - estando incluidos los otros arrollamientos - puede ser relativamente alta. La diferencia de voltaje viene determinada por el voltaje inducido por inducción magnética, así como por los voltajes capacitivamente distribuidos que pueden surgir de un sistema eléctrico externo conectado en las conexiones externas del transformador. Los tipos de voltaje que pueden entrar externamente comprenden, además del voltaje operativo, sobre voltajes de descargas eléctricas y sobre voltajes de conmútación. En los conductores de los arrollamientos surgen pérdidas adicionales como resultado del campo de escape magnético alrededor del conductor. Para mantener estas pérdidas lo más bajas posibles, especialmente para transfor-madores de potencia en la gama de potencia superior, los conductores se dividen normalmente en un número de elementos conductores, referidos frecuentemente como hilos, los cuales están conectados en paralelo durante la operación. Estos hilos han de estar transpuestos de acuerdo con un modelo tal que el voltaje inducido en cada hilo llegue a ser lo más igualado posible y que la diferencia de voltaje inducido entre cada par de hilos llegue a ser lo más pequeña posible para que las componentes de corriente que circulan internamente se mantengan en un nivel bajo razonable desde el punto de vista de tales pérdidas.

En el diseño de los transformadores de acuerdo con el estado de la técnica, el objetivo general consiste en disponer la mayor cantidad posible de material conductor dentro de un área dada limitada por la denominada ventana del transformador, descrito en general como disponiendo del mayor factor de llenado posible. El espacio disponible deberá comprender, además del material conductor, también el material aislante asociado con los arrollamientos, en parte internamente entre los arrollamientos y en parte en otros componentes metálicos, incluyendo el núcleo magnético. El sistema de aislamiento, parcialmente dentro de un arrollamiento/devanado y parcialmente entre arrollamientos/devanados y otras parte metálicas, se diseña normalmente como un aislamiento sólido a base de celulosa o barniz muy próximo al elemento conductor individual, y en el exterior de éste como un aislamiento sólido de celulosa y un aislamiento líquido y posiblemente también gaseoso. De este modo, los devanados con aislamiento y posibles partes de soporte representan grandes volúmenes que quedarán sujetos a las elevadas intensidades de campo eléctrico que surgen en y alrededor de las partes electromagnéticas activas del transformador. Con el fin de predeterminar las cargas dieléctricas que pueden surgir y conseguir un dimensionamiento con un mínimo riesgo de descarga dieléctrica, se requiere tener un buen conocimiento de las propiedades de los materia- -liles aislantes. Igualmente, es importante conseguir un entorno circundante tal que el mismo no cambie o reduzca las propiedades aislantes. El sistema de aislamiento actualmente predominante para transformadores de potencia de alto voltaje comprende material celulósico como el aislamiento sólido y aceite de transformador como aislante líquido. El aceite de transformador está basado en el denominado aceite mineral. El aceite de transformador tiene una doble función puesto que, además de la función aislante, contribuye de forma activa al enfriamiento del núcleo, del devanado, etc, al disipar el calor perdido del transformador. El enfriamiento por aceite requiere una bomba de aceite, un elemento de enfriamiento externo, un recipiente de expansión, etc. La conexión eléctrica entre las conexiones externas del transformador y los arrollamientos/devanados conectados de forma inmediata, se refiere como una borna destinada a una conexión conductiva a través de la pared de la cuba que, en el caso de transformadores de potencia llenos de aceite, rodea al propio transformador. La borna suele ser un componente separado fijado en la pared de la cuba y diseñado para soportar las necesidades de aislamiento, tanto en el exterior como en el interior de la cuba, al tiempo que deberá soportar las cargas de corriente que aparecen y las fuerzas de corriente resultantes.

Ha de observarse que las mismas necesidades para el sistema de aislamiento como las descritas anteriormente respecto a los devanados, son de aplicación también a las necesarias conexiones internas entre los arrollamientos, entre bomas y arrollamientos, diferentes tipos de conmutadores y las propias bomas. Todos los componentes metálicos dentro de un transformador de potencia están conectados normalmente a un determinado potencial a tierra a excepción de los conductores portadores de corriente. De este modo, se evita el riesgo de un incremento de potencial indeseado y difícil de controlar como resultado de la distribución de voltaje capacitivo entre los conductores de corriente a elevado potencial y tierra. Dicho incremento de potencial indeseado puede dar lugar a descargas parciales, denominadas corona, las cuales pueden revelarse durante los ensayos de aceptación normales, realizados parcialmente, en comparación con datos nominales, voltaje y frecuencia incrementados. El efecto corona puede dar lugar a daños durante la operación. Los arrollamientos individuales de un transformador deben tener dimensiones mecánicas tales que los mismos puedan soportar cualesquiera cargas que aparezcan como consecuencia de las corrientes que surgen y de las fuerzas de corriente resultantes durante un proceso de corto-circuito. Normalmen-te, los arrollamientos están diseñados de manera tal que las fuerzas que surgen son absorbidas dentro de cada arrollamientos individual, lo cual a su vez puede significar que el arrollamiento no puede ser dimensionado de manera óptima respecto a su funcionamiento normal durante una operación normal . Dentro de una gama estrecha de voltaje y potencia de los transformadores de potencia llenos de aceite, los devanados están diseñados como los denominados devanados helicoidales. Esto implica que los conductores individuales antes mencionados son reemplazados por chapas finas. Los transformadores de potencia helicoidales son fabricados para voltajes de hasta 20-30 kV y potencias de hasta 20-30 MW. El sistema de aislamiento de los transformadores de potencia dentro de la gama de potencia superior requiere, además de un diseño relativamente complicado, también medidas de fabricación especiales para utilizar las propiedades del sistema aislante de la mejor forma posible. Con el fin de obtener un buen aislamiento, el sistema aislante deberá tener un bajo sontenido en humedad, la parte sólida del aislamiento deberá estar bien impregnada con el aceite circundante y el riesgo de que permanezcan bolsas de "gas" en la parte sólida debe ser mínimo. Para asegurar todo ésto, se lleva a cabo un procedimiento especial de secado e impregnación sobre un núcleo completo con devanados antes de que éste se baje al interior de la cuba. Después de este proceso de secado e impregnación, el transformador se baja al interior de la cuba la cual se sella entonces. Antes del llenado de aceite, el tanque con el transformador sumergido debe ser vaciado de la totalidad del aire. Esto se efectúa por medio de un trata-miento de vacio especial. Después de realizar ésto, el tanque se llena con aceite. Con el fin de obtener la vida de servicio prometida, etc, se requiere un vacio casi absoluto durante el tratamiento de vacio. Esto presupone así que la cuba que rodea al transformador esté diseñada para un vacio completo, lo cual entraña un consumo considerable tanto de material como de tiempos de fabricación. Si se presentan descargas eléctricas en un transformador de potencia lleno de aceite o si se presenta un insremento local considerable de la temperatura en cualquier parte del transformador, el aceite se desintegra y se disuelven productos gaseosos en el aceite. Por tanto, los transformadores se proporcionan generalmente con dispositivos de control para detectar el gas disuelto en el aceite. Por razones de peso, los transformadores de potensia grandes son transportados sin aseite. La instalación in situ del transformador en el punto deseado requiere, a su vez, realizar de nuevo un tratamiento de vacio. Además, éste es un proceso que, por otro lado, ha de ser repetido cada vez que la cuba es abierta para efectuar ciertos trabajos de reparación o de inspección. Resulta evidente que estos procesos son de muy larga duración y demandan un coste y constituyen una parte considerable del tiempo total de fabricación y reparación, al mismo tiempo que requieren tener acceso a recursos amplios. El material aislante de los transformadores de potencia convencionales constituye una gran parte del volumen total del transformador. Para un transformador de potencia en la gama superior de potencia, son normales cantidades de aceite del orden de varias decenas de metros cúbicos de aceite de transformador. El aceite el cual exhibe una cierta similitud con el aseite diesel es bastante fluido y exhibe un punto de inflamabilidad relativamente bajo. De este modo, resulta evidente que el aceite junto con la celulosa consti-tuye un peligro de incendio nada despreciable en el caso de que se produzca un calentamiento no intencionado, por ejemplo en una situación en la que se produzca un arco interno y un derramamiento de aseite. También es evidente, especialmente en transíor-madores de potencia llenos de aceite, que existe un problema de transporte muy grande. Dicho transformador de potencia, en la gama superior de potencia, puede tener un volumen total de aceite de varias decenas de metros cúbicos y puede tener un peso de hasta varios cientos de toneladas . Se somprenderá que el diseño externo del transformador debe adaptarse a veces al perfil de transporte normal, es decir, para el paso por puentes, túneles, etc. A continuación se ofrece un breve resumen del estado de la técnica con respecto a los transformadores de potencia llenos de aseite en donde se describirán tanto sus limitasiones somo sus problemas. Un transformador de potensia convencional lleno de aceite: - comprende una cuba exterior para alojar un transfórmador que comprende un núcleo de transformador con arrollamientos, aseite para aislamiento y enfriamiento, dispositivos de soporte mecánicos de varios tipos, etc. La cuba está sujeta a demandas mecánicas muy grandes puesto que, sin aceite pero con un transformador, deberá ser capaz de someterse a tratamiento de vacio para efestuar un vacio práctisamente sompleto. La suba requiere procesos de fabricación y ensayo muy costosos y las grandes dimensiones externas de la cuba entrañan también normalmente considerables problemas de transporte; - normalmente comprende el denominado enfriamiento por aceite a presión. Este método de enfriamiento requiere la provisión de una bomba de aseite, un elemento de enfriamiento externo, un recipiente de expansión y un acoplamiento de expansión, ets; - comprende una conexión eléctrica entre las conexiones externas del transformador y los arrollamientos/devanados conectados de forma inmediata en forma de una borna fijada en la pared de la cuba. La borna está diseñada para soportar cualesquiera necesidades de aislamiento tanto con respecto al exterior somo al interior de la suba; - aomprende arrollamientos/devanados suyos sondustores están divididos en un número de elementos sondustores, hilos, que han de ser transpuestos de tal manera que el voltaje indusido en sada hilo llegue a ser lo más igualado posible y de manera que la diferencia de voltaje inducido entre cada par de hilos llegue a ser lo más pequeña posible; - comprende un sistema de aislamiento, parcialmente dentro de un arrollamiento/devanado y parcialmente entre arrollamientos/devanados y otras partes metálicas, que está diseñado como un aislamiento sólido a base de celulosa o barniz muy próximo al elemento condustor individual y, fuera de éste, selulosa sólida y un aislamiento líquido y posiblemente también gaseoso. Además, es extremadamente importante que el sistema de aislamiento exhiba un contenido en humedad muy bajo; - comprende, como una parte integrada, un conmutador de tomas en carga, rodeado por aceite y conectado normalmente al devanado de alto voltaje del transformador para el control del voltaje; - comprende aceite lo cual puede entrañar un peligro de incendio nada despreciable en conexión son dessargas parciales internas, denominadas corona, chisporroteo en los conmutadores de tomas en carga y otras condiciones de fallo; - comprende normalmente un dispositivo de sontrol para sontrolar el gas disuelto en el aceite, lo cual se produce en el caso de descargas eléctricas en el mismo o en el caso de incrementos locales de la temperatura; - comprende aceite lo sual, en saso de daño o assidente, puede traducirse en derramamientos de aceite lo que conducirá a fuertes daños medioambientales. RESUMEN DE LA INVENCIÓN. VENTAJAS El objeto de la invención consiste en ofrecer un concepto de transformador dentro de la gama de potencia que ha sido descrita bajo el capítulo de "estado de la técnica" es decir, los denominados transformadores de potencia son una potensia de régimen que ossila entre varios sientos de kVA hasta más de 1000 MWA, con un voltaje de régimen que va desde 3-4 kV hasta voltajes de transmisión muy elevados, tal como 400 kV a 800 kV o mayores, y que no entraña las desventajas, problemas y limitaciones que están asosiadas son los transformadores de potencia llenos de aceite del estado de la técnisa somo ha sido puesto de manifiesto en la dessripción antes mencionada del estado de la tésnica. La invención está basada en el hecho de que, diseñando el devanado o los devanados del transformador/reactor de manera que comprendan un aislamiento sólido rodeado por una capa exterior y una capa interior semiconductora compensadora del potencial, dentro de cuya capa interior está situado el condustor eléstriso, se proporsiona la posibilidad de mantener el campo eléctrico en toda la planta dentro del devanado. El condustor eléstriso, según la invensión, debe estar dispuesto de manera que tenga un sontacto conductor con la capa interior semiconductora para que no puedan surgir diferencias de potencial peligrosas en la capa límite entre la parte más interna del aislamiento sólido y el semisonductor interno circundante a lo largo de la longitud del condustor. Un transformador de potencia según la invención exhibe evidentes ventajas sonsiderables en relasión a un transformador de potensia lleno de aseite convencional . Las ventajas se describirán con mayor detalle a continuación. Como se ha mencionado en la parte introductoria de esta descripsión, la invensión proporciona también el concepto para aplicarse a reactores tanto con núcleo de hierro como sin núsleo de hierro. La diferencia esencial entre los transformado-res/reactores de potensia llenos de aseite sonvensionales y un transformador/reastor de potencia según la invención es que el devanado/devanados comprenden así un aislamiento sólido rodeado por una capa externa y una capa interna de potencial, así como al menos un condustor eléstriso dispuesto dentro de la capa interna de potencial, diseñado como semiconductores . A continuación se describirá una definición de lo abarcado por el concepto semiconductor. De acuerdo con una modalidad preferida, el devanado/devanados están diseñados en forma de un cable flexible. A los altos niveles de voltaje requeridos en un transformador/reactor de potensia según la invensión, que está sonestado a redes de alto voltaje con voltajes operativos muy elevados, las cargas eléctricas y térmisas que pueden surgir impondrán demandas extremas sobre el material aislan-te. Se sabe que las denominadas descargas parciales, PD, constituyen generalmente un problema serio para el material aislante en instalaciones de alto voltaje. En el saso de que surjan savidades, poros y similares en una sapa aislante, puede surgir dessarga interna de sorona a elevados voltajes eléstrisos, son lo sual el material aislante se degrada gradualmente pudiendo sonducir ello finalmente a descargas eléstricas a través del aislante. Se entenderá que ésto puede condusir a una rotura seria, por ejemplo, de un transformador de potensia. La invensión está basada, inter alia, en el hesho de que las sapas de potensial semisondustoras exhiben propiedades térmicas similares respecto al coeficiente de expansión térmica y que las capas están aseguradas al aislamiento sólido. Preferentemente, las capas semiconducto-ras según la invención están integradas con el aislamiento sólido para asegurar que estas capas y el aislamiento adyacente exhiban propiedades térmicas similares y asegurar así un buen contacto independientemente de las variaciones de temperatura que surjan en la línea a diferentes cargas. En gradientes de temperatura, la parte aislante con capas semicondustoras sonstituirá una parte monolítisa y no surgirán defestos causados por la expansión a diferentes temperaturas del aislamiento y de las capas cirsundantes . La carga eléctrica sobre el material se reduce somo una sonse-cuencia del hecho de que las partes semisondustoras alrededor del aislamiento constituirán superficies de equipotencial y que el campo eléctrico en la parte aislante se distribuirá por tanto de manera casi uniforme por todo el espesor del aislamiento. De asuerdo son la invensión, debe asegurarse que el aislamiento no se rompa por los fenómenos dessritos anteriormente. Esto puede conseguirse usando, como aislamiento, capas fabricadas de tal manera que el riesgo de cavidades y poros es mínimo, por ejemplo sapas extruidas de un material termoplástiso adecuado, tal como PE (polietileno) reticulado, XLPE y EPR (caucho de etileno-propileno) . De este modo, el material aislante es un material de baja pérdida con alta resistensia a la dessarga eléctrica y que exhibe contracsión cuando está siendo cargado. La carga eléctrica sobre el material se reduce como una sonsecuencia del hesho de que las partes semiconductoras alrededor del aislamiento constituirán superficies de equipotencial y que el sampo eléctrico en la parte aislante se distribuirá por tanto de manera casi uniforme por todo el espesor del aislamiento. Ya es conocido, per se, en relación con cables de transmisión para alto voltaje y para la transmisión de energía eléctrica, diseñar condustores con un aislamiento extruido, basado en la premisa de que el aislamiento ha de estar libre de defectos. En estos . cables de transmisión, el potencial reside, en principio, al mismo nivel a lo largo de toda la longitud del cable, lo cual proporciona una elevada carga eléctrica en el material aislante. El cable de transmisión está provisto de una capa interior y de una capa exterior semisondustora para la aompensasión del potencial. De este modo, la presente invención está basada en el hesho de que, diseñando el devanado de acuerdo con las características descritas en las reivindicasiones en lo que respecta al aislamiento sólido y a las capas circundantes compensadoras del potencial, se puede obtener un transformador/reactor en donde el campo eléctrico se mantiene dentro del devanado. También se pueden conseguir otras mejoras construyendo el condustor a partir de partes aisladas más pequeñas, los denominados hilos. Hasiendo que estos hilos sean pequeños y circulares, el campo magnético de un lado a otro de los hilos exhibirá una geometría constante en relación al campo y se reducirán al mínimo la aparición de corrientes parásitas. De acuerdo con la invención, el devanado/devanados se obtienen así preferentemente en forma de un cable que comprende al menos un conductor que incluye un número de hilos y con una capa interior semiconductora alrededor de los hilos. En el exterior de esta capa interior semiconductora se encuentra el aislamiento principal del cable en forma de un aislamiento sólido y alrededor de este aislamiento sólido se encuentra una sapa exterior semiconductora. El cable puede tener, en ciertos contextos, otras capas exteriores. De acuerdo con la invensión, la capa exterior semiconductora exhibirá propiedades eléctrisas tales que se asegura una compensación del potencial a lo largo del condustor. Sin embargo, la sapa semisondustora no debe exhibir propiedades de sondustividad tales que la sorriente inducida cause una carga térmica indeseada. Además, las propiedades conductoras de la capa deben ser sufisientes para asegurar la obtención de una superficie de equipotencial . La resistividad, p, de la capa semiconductora deberá exhibir un valor mínimo, pmin = 1 Ocm, y un valor máximo, pmax = 100 kOcm, y, además, la resistencia de la capa semiconductora por unidad de longitud en la extensión axial, R, del cable deberá exhibir un valor mínimo Rmin = 50 O/m y un valor máximo Rmax = 50 MO/m. La capa interior semiconductora debe exhibir una condustividad eléstrisa suficiente con el fin de que funsione de una manera compensadora del potencial y, por tanto, compensadora con respecto al campo eléctrico en el exterior de la capa interior. A este respecto, es importante que la capa tenga propiedades tales que compense cualesquiera irregularidades en la superficie del condustor y que forme una superfisie de equipotensial son un alto asabado superfi-sial en la capa límite con el aislamiento sólido. La capa, como tal, puede formarse con un espesor variable, pero para asegurar una superficie igualada con respecto al conductor y el aislamiento sólido, su espesor está comprendido adecuadamente entre 0,5 y 1 mm. Sin embargo, la capa no debe exhibir una conductividad tan grande que contribuya a inducir voltajes. De este modo, para la capa interior semiconductora, pmin = 10"6 Ocm, Rmin = 50 µO/m y, de manera correspondiente, pmax = 100 kOcm, Rmax = 5 MO/m. El cable usado de acuerdo con la invención consti-tuye una mejora de un cable termoplástico y/o de un cable termoplástico reticulado, tal como XLPE, o un cable con aislamiento de caucho de etileno-propileno (EP) u otro caucho, por ejemplo silicona. La mejora comprende, inter alia, un nuevo diseño tanto en relación a los hilos de los conductores y en relación al que el cable no tiene ninguna envuelta exterior para la protección mecánisa del mismo. Un devanado que somprenda disho cable impondrá condiciones muy diferentes desde el punto de vista de aislamiento en comparación con las sondisiones que aparesen en los devanados de transformadores/reactores convencionales como consecuencia de la distribución del campo eléctrico. Para utilizar las ventajas proporcionadas por el uso de dicho cable, existen otras posibles modalidades en relación con la conexión a tierra de un transformador/reactor según la invensión en aomparasión son los transformadores de potencia llenos de aceite convencionales. Resulta esencial y necesario, para un devanado en un transformador/reactor de potencia según la invención, que al menos uno de los hilos del condustor esté sin aislar y dispuesto de manera que se consiga un buen contacto eléctrico con la capa interior semiconductora. La capa interior permanecerá así siempre al potencial del conductor. De otro modo, diferentes hilos pueden estar condusiendo alternativamente son contacto eléctrico con la sapa interior semiconductora. En lo que se refiere al resto de los hilos, todos ellos o alguno de ellos pueden estar barnizados y por tanto aislados. De acuerdo con la invención, las terminasiones de los devanados de alto voltaje y bajo voltaje pueden ser del tipo junta (cuando la conexión es a un sistema de cable) o del tipo de terminación de cable (cuando la conexión es a un conmutador o a una línea de transmisión aérea ) . Estas partes sonsisten también de material de aislamiento sólido, satisfaciendo así las mismas demandas PD que todo el sistema de aislamiento. De acuerdo con la invención, el transformador/reactor puede tener enfriamiento externo o interno, signifisando el enfriamiento externo el enfriamiento por gas o líquido en potensial a tierra y signifisando el enfriamiento interno el enfriamiento por gas o líquido dentro del devanado. La fabricación de los devanados del transformador o reactor de un cable según lo anterior, entraña diferencias drásticas en relación a la distribución del campo eléctriso entre los transformadores/reactores de potencia convencionales y un transformador/reactor de potensia según la invención. La ventaja decisiva con un devanado en forma de cable de acuerdo con la invención es que el campo eléctriso queda incluido en el devanado y que de este modo no existe campo eléctriso fuera de la capa exterior semicondustora. El sampo eléstriso procedente del conductor portador de corriente está presente solo en el aislamiento principal sólido. Esto tiene ventajas considerables tanto desde el punto de vista de diseño como desde el punto de vista de fabricación: - Los devanados del transformador pueden ser formados sin tener que considerar cualquier distribución de campo eléctrico y se prescinde de la transposición de hilos, como se ha mencionado bajo el apartado "estado de la técnisa"; - El diseño del núsleo de transformador puede formarse sin tener que considerar cualquier distribución de campo eléctrico; - No es necesario aceite para el aislamiento eléctriso del devanado, es desir, el medio que rodea al devanado puede ser aire; - No es necesario aceite para enfriar el devanado. En su lugar, el enfriamiento se efectúa en potencial a tierra o internamente en el devanado; - No se requieren sonexiones espesiales para la sonexión eléctrica entre las conexiones exteriores del transformador y los arrollamientos/devanados conectados de forma inmediata, puesto que la conexión eléctrisa, al contrario que en las plantas convensionales, está integrada con el devanado; - No son nesesarias las bornas de los transfor-madores/reastores tradicionales. En su lugar, la conver-sión de sampo desde sampo radial a sampo axial en el exterior del transformador/reastor se realiza de manera similar que para una terminasión de cable tradicional: La tecnología de fabricasión y ensayo necesaria para un transformador de potencia según la invensión es considerablemente mas sencilla que para un transformador/reastor de potensia sonvencional puesto que los tratamientos de impregnación, secado y vasío descritos anteriormente en el apartado "estado de la técnisa" y ano son necesarios. Esto proporciona tiempos de producción considerablemente mas cortos; - Mediante el uso de la técnisa de aislamiento, de asuerdo son la invensión, se ofresen considerables posibilidades para desarrollar el circuito magnético del transformador, en comparación con las ofrecidas por el estado de la técnica. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención será dessrita ahora son referensia a los dibujos adjuntos, en donde: La figura 1 muestra la distribusión de campo eléctrico alrededor de un devanado de un transformador/reactor de potensia convencional . La figura 2 muestra una modalidad de un devanado en forma de un cable en transformadores/reacto-res de potencia según la invención. La figura 3 muestra una modalidad de un transformador de potencia según la invensión. DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La figura 1 muestra una vista simplifisada y fundamental de la distribusión de sampo eléctrico alrededor de un devanado de un transformador/reactor de potencia sonvensional, en donde 1 es un devanado y 2 es un núsleo y 3 ilustra líneas de equipotensial, es desir, líneas en donde el sampo eléctrico tiene la misma magnitud. Se supone que la parte inferior del devanado está en potensial a tierra. La distribución de potencial determina la composisión del sistema de aislamiento puesto que es nesesario disponer de aislamiento suficiente tanto entre espiras adyacentes del devanado como entre cada espira y tierra. La figura muestra así que la parte superior del devanado está sometida a las cargas dieléctrisas mas altas. El diseño y situasión de un devanado con respecto al núcleo se determinan de este modo prástisamente por la distribusión de sampo eléstriso en la ventana del núsleo. La figura 2 muestra un ejemplo de un sable que puede ser usado en los devanados insluidos en los transformadores/reastores de potencia según la invención.

Dicho cable comprende al menos un conductor 4 consistente en un número de hilos 5 con una capa interior semiconductores 6 dispuesta alrededor de los hilos. En el exterior de esta capa interior semiconductores se encuentra el aislamiento principal 7 del cable, en forma de un aislamiento sólido, y rodeando a este aislamiento sólido se encuentra una capa exterior semicondustora 8. Como se ha indisado anteriormente, el sable puede estar provisto de otras capas adicionales para fines especiales, por e emplo, para evitar cargas eléctricas demasiado altas en otras regiones del transformador/reactor. Desde el punto de vista de dimensión geométrica, los cables en cuestión tendrán un área conductora entre 30 y 3.000 mm2 y un diámetro exterior del cable entre 20 y 250 mm. Los devanados de un transformador/reactor de potencia fabrisados a partir del sable dessrito bajo el apartado "Resumen de la Invención", se pueden usar para transformadores/reactores monofásicos, trifásicos y polifásicos, independientemente de cómo esté conformado el núcleo. Una modalidad se muestra en la figura 3 la sual ilustra un transformador trifásiso de núsleo laminado. El núsleo somprende, de manera sonvensional, tres columnas de núcleo 9, 10 y 11 y las sulatas de retención 12 y 13. En la modalidad mostrada, tanto las columnas del núcleo como las culatas tienen una sección transversal conificada. Concentrisamente alrededor de las solumnas del núcleo, estas situados los devanados formados con el cable. Como es evidente, la modalidad mostrada en la figura 3 tiene tres espiras de devanado concéntricas 14, 15 y 16. La espira más interior 14 puede representar el devanado primario y las otras dos espiras 15 y 16 pueden representar devanados secundarios. Con el fin de no sobrecargar la figura con demasiado detalles, no se muestran las conexiones de los devanados. Sin embargo, la figura muestra que, en la modalidad ilustrada, barras separadoras 17 y 18 con diversas funciones diferentes están situadas en siertos puntos alrededor de los devanados. Las barras separadoras pueden estar formadas de material aislante destinado a proporcionar cierto espasio entre las espiras sonséntrisas de los devanados para fines de enfriamiento, soporte, ets. Las mismas pueden estar también formadas de material sonductor de la electricidad, con el fin de formar parte del sistema de conexión a tierra de los devanados.

Claims (25)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad y, por tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicasiones: 1.- Un transformador/reastor de potenaia que comprende al menos un devanado, carasterizado porque el devanado o los devanados somprenden uno o más conductores portadores de corriente; porque alrededor de cada conductor (4) está dispuesta una primera capa (6) con propiedades semiconductoras; porque alrededor de la primera capa está dispuesta una parte aislante sólida ( ) ; y porque alrededor de la parte aislante está dispuesta una segunda capa ( 8 ) con propiedades semiconductoras .
2. 2.- Un transformador/reactor de potensia según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera capa ( 6 ) se encuentra práctisamente al mismo potensial que el conductor.
3. 3.- Un transformador/reactor de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, carasterizado porque la segunda capa ( 8 ) está dispuesta de manera que esencialmente constituye una superficie de equipotencial rodeando al conductor o a los conductores.
4. 4.- Un transformador/reactor de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, carasterizado porque la segunda capa ( 8 ) está sonestada a potensial a tierra.
5. 5.- Un transformador/reactor de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, carasterizado porque las sapas semiconductoras (6,8) y la parte aislante ( 7 ) tienen prásticamente el mismo coefisiente de expansión térmisa de manera que, tras un movimiento térmiso en el devanado, no surgen defectos, grietas y similares en la capa límite entre las capas semiconductoras y la parte aislante.
6. 6. - Un transformador/reactor de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada una de las capas semiconductoras (6,8) está asegurada a la parte aislante sólida adyacente (7) a lo largo esencialmente de toda la superficie de unión.
7. 7.- Un transformador/reactor de potensia según sualquiera de las reivindisasiones anteriores, saracterizado porque el devanado o los devanados están diseñados en forma de un cable flexible.
8. 8.- Un transformador/reastor de potensia según la reivindicación 7, caracterizado porque el cable está fabricados con un área conductora comprendida entre 30 y 3.000 mm2 y con un diámetro exterior del cable entre 20 y 250 mm.
9. 9.- Un transformador/reactor de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aislante sólido (7) está formado de materiales poliméricos.
10. 10.- Un transformador/reactor de potencia según cualquiera de las reivindicasiones anteriores, saracterizado porque la primera sapa ( 6 ) y/o la segunda capa ( 8 ) están formadas de materiales poliméricos.
11. 11.- Un transformador/reactor de potencia según cualquiera de las reivindicasiones anteriores, sarasterizado porque el aislante sólido ( 7 ) ha sido obtenido por extrusión.
12. 12.- Un transformador/reactor de potencia según cualquiera de las reivindicasiones anteriores, caracterizado porque el conductor portador de corriente (4) comprende un número de hilos, los cuales están aislados entre si, salvo unos cuantos hilos que no están aislados con el fin de asegurar el contacto eléctrico con la primera capa semiconnductora ( 6 ) .
13. 13.- Un transformador/reactor de potensia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, carasterizado porque al menos uno de los hilos del sondustor (4 ) está sin aislar y dispuesto de tal manera que se sonsigue sontacto eléctriso son la sapa interior semisondustora.
14. 14.- Un transformador/reastor de potensia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un núcleo sonsistente en material magnétiso.
15. 15.- Un transformador/reactor de potencia según cualquiera de las reivindicasiones anteriores, sarasterizado porque comprende un núcleo de hierro sonsistente en columnas y culatas de núcleo.
16. 16.- Un transformador/reactor de potensia según las reivindicaciones 1 a 13, carasterizado porque está formado sin núsleo de hierro ( entrehierro-devanado ) .
17. 17.- Un transformador/reactor de potencia que comprende al menos dos devanados galvánicamente separados según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los devanados está arrollados concéntricamente.
18. 18.- Un transformador/reactor de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está conestado a dos o más niveles de voltaje.
19. 19.- Un transformador/reastor de potensia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, carasterizado porque los terminales de los devanados de alto y/o bajo voltaje está unidos a un cale de transmisión de energía eléctrisa y/o están hechos de forma similar a la terminación o terminaciones de dishos cables.
20. 20.- Un transformador/reastor de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque prácticamente todo el aislante eléctriso del transformador/reastor está incluido entre el condustor ( 4 ) y la segunda sapa ( 8 ) de los devanados y porque el aislante se ensuentra en forma de un aislante sólido.
21. 21.- Un transformador/reastor de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque su devanado está diseñado para alto voltaje, adecuadamente superior a 10 kV, en particular mayor de 36 kV y con preferencia superior a 72,5 kV y hasta voltajes de transmisión muy altos, tales como de 400 kV a 800 kV o superiores .
22. 22.- Un transformador/reactor de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está diseñado para una gama de potencia superior a 0,5 MVA, con preferencia superior a 30 MVA.
23. 23. - Un transformador/reactor de potencia según sualquiera de las reivindisasiones anteriores, sarasterizado porque está enfriado con líquido y/o gas en potencial a tierra.
24. 24.- Un método para controlar el campo eléctrico en un transformador/reactor de potensia que comprende un circuito generador de campo magnético que tiene al menos un devanado con al menos un conductor eléctrico y un aislante presente en su exterior, caracterizado porque el aislante se forma con un material aislante sólido y porque en el exterior del aislante se proporciona una sapa exterior, sonestándose disha sapa exterior a tierra o a un potensial de otro modo relativamente bajo y teniendo una sondustividad eléstrisa que es mayor que la sonductividad del aislante pero menor que la conductividad del condustor eléctrico, de forma que funcione para compensar el potencial y hacer que el campo eléctrico quede incluido sustancialmente en el devanado por el interior de la capa exterior.
25. 25.- Un método para la fabricasión de un transformador/reastor de potensia según sualquiera de las reivindisasiones anteriores, sarasterizado porque se emplea un sable flexible somo un devanado y porque el devanado, para formar el devanado/devanados del transformador/reactor, se monta in situ.