WO2021074469A1 - Aparamenta eléctrica para instalaciones de generación de energía eléctrica - Google Patents
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- H02B13/035—Gas-insulated switchgear
- H02B13/0358—Connections to in or out conductors
Definitions
- the present invention has its field of application in electrical energy generation facilities, such as wind farms where electricity is generated by wind energy or photovoltaic parks where electricity is generated by solar energy. Specifically, it is applicable in said generation facilities that comprise an electrical switchgear to perform the interconnection to the electrical energy distribution network, said electrical switchgear being equipped to perform the protection functions of the LV / MV transformer and connection to cables. medium voltage power generation facility.
- the electrical switchgear used to interconnect electrical power generation facilities, such as wind turbine towers or photovoltaic parks, to the electrical power distribution network is installed in usually metallic enclosures, called cells.
- These cells that comprise the electrical switchgear are of a modular type and depending on the configuration of the electrical network, the following modular units may be available:
- Lift unit made up of a cable entry to the main busbar of the cubicle, which may have the possibility of connecting to earth with an earthing switch.
- the line input to the downstream generating installation is carried out through this unit.
- Line unit with sectioning electrical switchgear for cutting and gas insulation, which may contain a load-break switch with three operating positions: connection - sectioning - grounding. The input or output of the line from the previous generating facilities is carried out through this unit, facilitating the operation and maintenance of the wind or photovoltaic park.
- Circuit-breaker protection unit electrical switchgear comprising a vacuum circuit-breaker with two operating positions: connection - cut-off, a disconnector with three operating positions: connection - sectioning - earthing, current transformers, etc.
- Modular metal cells or enclosures can be installed in electrical power generation facilities, such as inside wind turbine towers, inside an enclosure located next to the wind turbines or in enclosures of photovoltaic installations, etc. , where they are introduced through the door one by one and then coupled with one another inside the facilities.
- electrical power generation facilities such as inside wind turbine towers, inside an enclosure located next to the wind turbines or in enclosures of photovoltaic installations, etc. , where they are introduced through the door one by one and then coupled with one another inside the facilities.
- the topology or electrical scheme for connection to the electrical distribution network that is usually used is the so-called radial or aerial.
- the different generating stations are connected along various branches that arise from the HV / MV substation. These branches make up the facility and connect a series of generating facilities to each other.
- the wind turbines or photovoltaic panels are connected to the radial electrical scheme through their transformation center that comprises the aforementioned electrical switchgear.
- the reliability of wind farms or photovoltaic parks, the use of the wind or the sun and the availability and supply of energy to the grid are influenced by the reliability and repair time of the components and by the configuration of the electrical scheme itself. of connection.
- the lift unit may comprise an earthing switch that enables the downstream line section to be earthed to the next transformation center (for example, when there is a fault between two wind turbines, the affected area is isolated by earthing in both sides of the section of line), so that it is possible to work safely in case of having to act on said line to carry out fault repair or maintenance work.
- the lift unit comprises a modular cell or enclosure that is installed together with the rest of the modular metal enclosures inside electrical power generation facilities, such as the wind turbine tower, which which leads to the aforementioned drawbacks related to space.
- the circuit breaker protection unit is connected to the wind turbine transformer by means of cables that come from the same transformer, which can be in the upper or rear part of the installation, and that are connected to the wind turbine transformer. protection by a cable connection point included in the lower part of said unit. Due to the scarcity of space inside wind turbine towers or photovoltaic installations, this connection of cables through the lower part of the protection unit can have certain drawbacks, such as, for example, the difficulty of connecting the cables if it is complied with. with its minimum radius of curvature, a parameter that indicates the value to which a cable can be bent and that must be respected to avoid damage to the cable itself. Likewise, the cost referring to cables will be proportional to the meters of cable necessary to reach the cable connection point of the protection unit, this cost being lower the less the distance between the cable connection point of the unit. protection and the transformer of the generating installation.
- the invention refers to an electrical switchgear for application in electrical power generation facilities, such as wind or photovoltaic parks, specifically in generation units, such as, for example, wind turbine towers or photovoltaic facilities, which comprise their own transformation center equipped with electrical switchgear that is the object of the present invention. Therefore, from here on, each of the wind turbine towers or photovoltaic installations that comprise the electrical switchgear object of the invention will be understood as a generation unit.
- This electrical switchgear allows the connection of the generation units to the electrical distribution network, the electrical connection scheme may be of the radial or antenna type.
- the electrical switchgear may comprise at least one lift unit and a protection unit or it may comprise at least one lift unit, a line unit and a protection unit respectively. In both cases, all units are embedded in an enclosure, such as a metal enclosure, insulated in a dielectric fluid.
- the electrical switchgear of the invention comprises said enclosure that incorporates all the units inside, and may also comprise at least one cable connection point, one cable exit point and at least one maneuvering means that allows at least one of the following functions: connection-cut-off-grounding.
- an exemplary embodiment of the invention could comprise a cable exit point with the possibility of having a first maneuvering means such as an earthing switch that allows said outlet to be connected to earth, a second means of operation such as an automatic switch that allows to carry out protection, connection and cut-off functions, a third means of operation such as a switch-disconnector and earthing switch that allows to carry out connection, sectioning and setting functions to ground, and which is in series with the circuit breaker and fourth operating means, such as a load break switch that allows cutting, connecting, isolating and grounding functions. Therefore, the electrical switchgear of the invention incorporates in a single enclosure or module the units that in the state of the art are incorporated in several modules or enclosures, thus avoiding problems of space and installation inside the generation units such as for example wind turbine towers.
- a first maneuvering means such as an earthing switch that allows said outlet to be connected to earth
- a second means of operation such as an automatic switch that allows to carry out protection, connection and cut-off functions
- a third means of operation
- connection point for cables coming from the transformer of the generation unit, or upper connection is located, as its name indicates, in the upper part of the enclosure, thus achieving significant cable savings, since which shortens the length of cable necessary to connect said transformer with the electrical switchgear.
- installation of the cables becomes a simpler task since it does not imply the need for more space inside the generation unit, such as inside a wind turbine tower. It has been envisaged that said upper cable connection point can be covered by a casing, thus providing it with mechanical protection.
- the enclosure of the electrical switchgear also includes in its lower part another connection point for cables, or lower connection, coming from a previous generation unit, such as a previous wind turbine tower.
- Said enclosure can also be equipped on at least one of its sides with an exit point for cables directed towards the next generation unit, such as the next wind turbine tower, as well as with at least one connection element that allows the modular extension of the electrical switchgear, such as the coupling of an enclosure, measuring cell, auxiliary service cells or other functions of cutting, connection, sectioning and earthing.
- the cable entry points, the cable exit point and the connection elements refer to bushings that are selected from female type, male type and their combinations and that are accessible from the outside of the enclosure.
- the electrical switchgear object of the present invention may also comprise means of measurement, control and protection such as voltage sensors, voltage transformers, means for receiving / transmitting signals via PLC, means for detecting partial discharges, current sensors, etc.
- means of measurement, control and protection such as, for example, means that supply voltage and current values, such as, for example, inductive toroidal sensors for current measurement and resistive / capacitive sensors for voltage measurement, can be installed in the bushings.
- the enclosure comprises maneuvering means that make it possible to carry out connection, cut-off, sectionalization and grounding functions.
- the enclosure can comprise an automatic switch with two positions for maneuver, cut-off and connection, such as a vacuum automatic switch, which has the function of protecting the transformer of the generation unit.
- the enclosure comprises a first switch-disconnector and earthing switch with at least two operating positions, connection, sectioning and earthing, which once the circuit-breaker is open allows grounding and isolating the line coming from the generator unit transformer.
- the enclosure also includes a second earthing switch with two operating positions, open or earthed, which makes it possible to earthen or isolate the earth line that goes to a subsequent generation unit, for example, when there is a missing between two generation units, the affected area is isolated by grounding the line section on both sides.
- the enclosure also comprises a load break switch with three operating positions, connection, sectioning and grounding, which allows the line input from the, or previous generation units.
- the load cut-off switch can be operated via remote control, so that from a generation unit the operation order can be sent to a load cut-off switch installed in another generation unit, avoiding movements of operators from one generation unit to another and thus speeding up maintenance or repair work, the impact of said work on the energy transferred being the least possible.
- first switch-disconnector and earthing switch and the second earthing switch can be configured as a single operating means, that is, an earthing switch comprising at least a moving contact with rotary movement and that can electrically connect at least one pair of fixed contacts to each other, being able to connect the earth both of the line supply and of the derivation to the transformer.
- connection - cut-off is electrically connected with the connection point of cables coming from the transformer of the generation unit and with said rotary earthing switch, this being in turn Rotary earthing switch electrically connected to the three-position load-break switch (connection - sectionalization - earthing) and the latter electrically connected in turn to the connection point of cables coming from a generation or installation unit previous.
- the rotary earthing switch and the load cut-off switch are electrically connected with at least one cable exit point that goes to a generation unit or subsequent installation, and with at least one connection element that allows modular extension of electrical switchgear.
- Figure 1. Shows a single-line diagram of electrical switchgear according to the state of the art arranged in two generation units, such as two wind turbine towers.
- Figure 2. Shows a single-line diagram of the electrical switchgear of the invention arranged in several generation units, such as several wind turbine towers, according to a first preferred embodiment of the invention.
- Figure 3. Shows a single-line diagram of the electrical switchgear of the invention arranged in several generation units, such as several wind turbine towers, according to a second preferred embodiment of the invention.
- Figure 4a Shows an elevation view of the electrical switchgear of the invention according to figure 2 or 3 arranged inside an enclosure.
- Figure 4b Shows a right profile view of the electrical switchgear of the invention according to figure 2 or 3 arranged inside an enclosure.
- Figure 4c.- Shows a left profile view of the electrical switchgear of the invention according to figure 2 or 3 arranged inside an enclosure.
- Figure 1 shows the electrical switchgear (1) according to the state of the art, which, unlike the present invention, comprises an enclosure (8) for each of the units (2, 3, 9).
- Figures 2, 4a, 4b and 4c show an electrical switchgear (1) for application in electrical power generation facilities, specifically in generation units such as, for example, wind turbine towers (12, 13) that comprise their own transformation center equipped with said electrical switchgear (1).
- the electrical switchgear (1) object of the present invention comprises at least one lift unit (2) and a protection unit (3) incorporated inside an enclosure (8), for example metallic, and insulated in a dielectric fluid , such as a gas or a mixture of gases, for the case in which the electrical switchgear (1) corresponds to a wind turbine tower at the end or at the beginning of the power line, as shown in figure 2, such as example in an electrical diagram of the radial or antenna type.
- the electrical switchgear (1) comprises an enclosure (8), for example metal, which incorporates inside a lift unit (2 ), a line unit (9) and a protection unit (3) insulated in a dielectric fluid, such as a gas or a mixture of gases.
- the electrical switchgear (1) of the invention comprises said enclosure (8) that incorporates inside all the units (2, 3, 9), and also comprises at least one connection point (4, 10) of cables, at least an exit point (5) of cables and at least one means of maneuvering (6, 7, 11, 20) that allows to carry out the functions of connection, cutting, sectioning and grounding, as shown in figures 2 , 4a, 4b and 4c, the first operating means (20) being able to be an earthing switch, the second operating means (6) an automatic switch, the third operating means (7) a switch-disconnector and disconnector grounding device and the fourth operating means (11) a load cut-off switch.
- the upper connection point (4) of cables (25) coming from the wind turbine transformer (12, 13) is, as its name indicates, in the upper part of the enclosure (8), as shown in the Figures 2 and 3, and said upper connection point (4) of cables (25) may be covered by a casing (15), as shown in Figures 4a, 4b and 4c.
- the lower connection point (10) of cables coming from the electrical switchgear (1) of a generation unit (13) prior to the generation unit (12) is, also as its name indicates, at the bottom of the envelope (8), as shown in Figures 2 and 3, which can also be covered by a cover (24) as shown in Figures 4a, 4b and 4c.
- the envelope (8) is also provided in at least one of its sides with the exit point (5) of cables directed towards the next installation or generation unit, such as the next wind turbine tower, as shown in Figures 4a and 4c, as well as at least one connection element (14) that allows the modular extension of the electrical switchgear (1), such as, for example, the coupling of another measuring cell, as shown in figure 4b.
- the upper and lower connection points (4, 10) of cables, the exit point (5) of cables and the connection elements (14) can be bushings that are selected from female type, male type and their combinations and that are They are accessible from the outside of the casing (8), as shown in Figures 4a, 4b and 4c.
- the electrical switchgear (1) of the invention may comprise means of measurement, control and protection (22, 23), such as inductive toroidal sensors (22) for current measurement, voltage transformers (23) for the voltage measurement, etc., as shown in figures 2 and 3, which can be installed in the same bushings that comprise the upper and lower connection points (4, 10) of cables, the outlet point (5 ) of cables and / or in the connection elements (14) that are accessible from outside the casing (8) of the electrical switchgear (1).
- Figure 2 shows a single-line diagram of the electrical switchgear (1) arranged in several generation units (12, 13) according to a first preferred embodiment of the invention.
- the electrical switchgear (1) comprises maneuvering means (6, 7, 11, 20) with connection, cutting, sectioning and grounding functions, all of them arranged inside the same enclosure (8), thus including the lift unit (2) with the possibility of connecting ground, the line unit (9) and the protection unit (8) in a single modular enclosure (8), to which they can be attached if necessary other modular enclosures.
- the envelope (8) comprises a second operating means (6), such as a switch automatic vacuum with two maneuvering positions, connection - cut, which has the function of protecting the wind turbine transformer (12, 13).
- the enclosure (8) comprises inside the third maneuvering means (7) comprising a first switch-disconnector and earthing switch with at least two operating positions, connection - sectioning - earthing, which one Once the automatic switch of the second operating means (6) is open, it allows grounding and isolating the line coming from the wind turbine transformer (12, 13).
- the enclosure (8) also includes inside the first switching means (20) comprising a second grounding switch with two switching positions, connection - grounding, the which allows grounding and isolating the line that goes to a downstream wind turbine in the electrical connection scheme to the distribution network.
- the envelope (8) comprises inside it the fourth maneuvering means (11) comprising a load cut-off switch with three maneuvering positions, connection - sectioning - Grounding, which allows the line input from the previous wind turbine tower, or from the previous wind turbine towers.
- this shows a one-line diagram of the electrical switchgear (1) arranged in several wind turbine towers (12, 13) according to a second preferred embodiment of the invention.
- the envelope (8) instead of comprising the third maneuvering means (7) and the first maneuvering means (20), comprises a maneuvering means (21) comprising at least one movable contact (16) with rotary movement that can electrically connect to each other at least one pair of fixed contacts (17, 18, 19), so that it is a means of maneuvering (21) with three maneuvering positions, connection - putting into ground - grounding, that is, it allows connecting the wind turbine tower (12, 13) to the distribution network, isolating and grounding said wind turbine tower (12, 13), or isolating and grounding the line that it leaves towards a rear wind turbine tower, that is, although in said figure 3 the numerical reference (2) referring to the lift unit is not shown, which in the first preferred embodiment comprises a first maneuvering means (20) such as a disconnector grounding device, the maneuvering means (21) of
- the envelope (8) In addition to this switching means (21), it also comprises the second switching means (6), such as a two-position automatic vacuum switch, connection-cut, which has the function of protecting the wind turbine transformer (12, 13), and the fourth maneuvering means (11) comprising a load cut-off switch with three maneuvering positions, connection - sectioning - grounding, which allows the line input from the previous wind turbine tower, or from the previous wind turbine towers. Therefore, the second maneuvering means (6) is electrically connected with the upper connection point (4) of cables (25) and with the maneuvering means (21), said maneuvering means (21) being in turn electrically connected with the fourth operating means (11) and said fourth operating means (11) electrically connected in turn with the lower connection (10) of cables.
- the switching means (21) and the fourth switching means (11) are electrically connected to the cable exit point (5).
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Abstract
Aparamenta eléctrica (1) para instalaciones de generación de energía eléctrica, concretamente del tipo de las que permite realizar la interconexión a la red de distribución de energía eléctrica y que además es capaz de realizar las funciones de protección del transformador BT/MT y de conexión a cables de media tensión de la instalación que comprende una envolvente (8) que incorpora aisladas en un fluido dieléctrico una unidad de remonte (2) y una unidad de protección (3) con al menos un medio de maniobra (6, 7, 20) con funciones de conexión, corte, seccionamiento y puesta a tierra, y una unidad de línea (9) que a su vez comprende un medio de maniobra (11) con funciones de conexión, corte, seccionamiento y puesta a tierra.
Description
APARAMENTA ELÉCTRICA PARA INSTALACIONES DE GENERACIÓN DE
ENERGÍA ELÉCTRICA
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene su campo de aplicación en instalaciones de generación de energía eléctrica, como pueden ser por ejemplo parques eólicos en donde se genera electricidad mediante la energía eólica o parques fotovoltaicos en donde se genera electricidad mediante energía solar. En concreto, es de aplicación en dichas instalaciones de generación que comprenden una aparamenta eléctrica para realizar la interconexión a la red de distribución de energía eléctrica, estando dicha aparamenta eléctrica equipada para realizar las funciones de protección del transformador BT/MT y de conexión a cables de media tensión de la instalación de generación de energía eléctrica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad, la aparamenta eléctrica empleada para realizar la interconexión de las instalaciones de generación de energía eléctrica, como por ejemplo torres de aerogeneradores o parques fotovoltaicos, a la red de distribución de energía eléctrica se instala en unas envolventes habitualmente metálicas, denominadas celdas. Estas celdas que comprende la aparamenta eléctrica son de tipo modular y en función de la configuración de la red eléctrica se puede disponer de las siguientes unidades modulares:
Unidad de remonte: formada por una entrada de cables al embarrado principal de la celda, que puede tener posibilidad de conectar a tierra con un seccionador de puesta a tierra. La entrada de línea hacia la instalación generadora posterior se lleva a cabo mediante esta unidad.
Unidad de línea con seccionamiento: aparamenta eléctrica de corte y aislamiento en gas, pudiendo contener en su interior un interruptor de corte en carga de tres posiciones de maniobra: conexión - seccionamiento - puesta a tierra. La entrada o salida de línea desde la, o las instalaciones generadoras anteriores, se lleva a cabo mediante esta unidad, facilitando las labores de explotación y mantenimiento del parque eólico o fotovoltaico.
Unidad de protección por interruptor automático: aparamenta eléctrica que comprende un interruptor automático de vacío de dos posiciones de maniobra: conexión - corte, un seccionador de tres posiciones de maniobra: conexión - seccionamiento - puesta a tierra, transformadores de intensidad, etc.
Las celdas o envolventes metálicas modulares se pueden instalar en instalaciones de generación de energía eléctrica, como por ejemplo en el interior de las torres de aerogeneradores, en el interior de una envolvente situada al lado de los aerogeneradores o en envolventes de instalaciones fotovoltaicas, etc., en donde se introducen por la puerta una por una y después se acoplan una con otra en el interior de las instalaciones.
Debido a la escasez de espacio en el interior de las instalaciones, como por ejemplo torres de aerogeneradores, para el acoplamiento entre envolventes metálicas o celdas y su debida instalación, incluyendo el cableado etc., existe el inconveniente de disponer de poca libertad de movimiento para el personal de instalación y por tanto mayor complejidad para desarrollar las labores de instalación, mayor riesgo de cometer errores de instalación y mayor riesgo de sufrir accidentes por parte del personal de instalación, por lo que muchas veces se restringen las posibilidades de explotación, como por ejemplo, se restringe la operación de la aparamenta in situ y sólo se permite hacer en remoto, evitando así por ejemplo la presencia de personal en caso un defecto interno.. Esto implica que la compacidad de los equipos es deseable para poder situarlos en emplazamientos más seguros y ergonómicos que permita una explotación normal, así como la posibilidad de implementar nuevas funcionalidades como por ejemplo celdas dedicadas a la medida de energía.
En el caso particular de los parques eólicos o fotovoltaicos, la topología o esquema eléctrico de conexión a la red eléctrica de distribución que se emplea habitualmente es la denominada radial o en antena. En este tipo de esquema, las diferentes estaciones generadoras se conectan a lo largo de diversas ramas que surgen de la subestación de AT/MT. Estas ramas componen la instalación y conectan una serie de instalaciones generadoras entre sí. Los aerogeneradores o placas fotovoltaicas se conectan al esquema eléctrico radial a través de su centro de transformación que comprende la aparamenta eléctrica mencionada.
La fiabilidad de los parques eólicos o de los parques fotovoltaicos, el aprovechamiento del viento o del sol y la disponibilidad y suministro de energía a la red se encuentran influenciados por la fiabilidad y tiempo de reparación de los componentes y por la propia configuración del esquema eléctrico de conexión. Como toda instalación eléctrica, los parques eólicos o parques fotovoltaicos están expuestos a fallos de sus componentes y a eventualidades externas como caídas de rayos. La aparamenta eléctrica que conecta los aerogeneradores o los paneles solares con el esquema eléctrico de conexión a la red eléctrica de distribución, y en concreto los medios de maniobra como por ejemplo los interruptores, actuarán ante la presencia de una falta y, por lo tanto, llevarán a cabo la desconexión de una cantidad de aerogeneradores o paneles solares, dependiendo del tipo de fallo. Una vez aislado el fallo y durante la reparación, el resto de la instalación que haya sido desconectada se volverá a conectar y cederá energía a la red en condiciones normales. Sin embargo, esto último no es posible muchas veces debido a la configuración de la red. En determinados esquemas, hay componentes en los que el fallo produce la desconexión de varias ramas del esquema eléctrico de conexión a la red eléctrica de distribución durante todo el tiempo que dure la reparación del elemento dañado, lo que provoca que la pérdida de energía volcada a la red sea grande. Este es el caso, por ejemplo, de faltas en las líneas de distribución de media tensión de las instalaciones interiores fotovoltaicas o eólicas, que suelen ser configuraciones radiales, en el que dicha falta produce la desconexión de toda la línea de generación durante la reparación del tramo de línea. En estos casos el tiempo de reparación es muy importante, siendo deseable que sea el menor tiempo posible para que la energía no suministrada a la red también sea la menor posible.
Otra situación parecida se produce durante las labores de mantenimiento de la instalación. En muchas ocasiones, para realizarlas, es necesario desconectar determinados componentes y proceder a actuar sobre ellos. De este modo, se hace muy importante poseer medios de maniobra y conexiones que permitan recircular la energía generada y que el impacto del mantenimiento sobre la energía cedida sea la menor posible.
En el caso de la unidad de remonte, esta permite subir los cables hasta el embarrado principal dotándoles de una mayor protección mecánica. Por tanto, esta unidad sirve para acometerá un embarrado principal, bien desde otro centro, bien porque la salida de la celda anterior sea inferior por cable. En estos casos, debido a que el embarrado de las celdas está en la parte superior y los cables suelen tenderse por el suelo, se añade la unidad de remonte que protege y acopla dichos cables al embarrado desde la parte inferior. La unidad de remonte puede comprender un seccionador de puesta a tierra que permite poner a tierra el tramo de línea aguas abajo hasta el siguiente centro de transformación (por ejemplo, cuando exista una falta entre dos aerogeneradores, el área afectada queda aislada poniendo a tierra en ambos lados el tramo de línea), de manera que se puede trabajar con seguridad en caso de tener que actuar sobre dicha línea para realizar la reparación de averías o trabajos de mantenimiento. Tal y como se ha mencionado anteriormente, la unidad de remonte comprende una celda o envolvente modular que se instala junto con el resto de envolventes metálicas modulares en el interior de las instalaciones de generación de energía eléctrica, como por ejemplo la torre del aerogenerador, lo que conlleva a inconvenientes anteriormente citados relacionados con el espacio.
Por otro lado, la unidad de protección por interruptor automático se encuentra conectada con el transformador del aerogenerador por medio de cables que provienen del mismo transformador, que puede estar en la parte superior o trasera de la instalación, y que se conectan con la unidad de protección por un punto de acometida de cables comprendida en la parte inferior de dicha unidad. Debido a la escasez de espacio en el interior de las torres de aerogeneradores o instalaciones fotovoltaicas, esta conexión de cables por la parte inferior de la unidad de protección puede suponer ciertos inconvenientes, como puede ser por ejemplo la dificultad de conectar los cables si se cumple con su radio mínimo de curvatura, parámetro que indica el valor al que se puede doblar un cable y que se debe de respetar para evitar daños en el propio cable. Asimismo, el coste referente a cables será proporcional a los metros de cable necesarios para llegar hasta el punto de acometida de cables de la unidad de protección, siendo este coste menor cuanto menos sea la distancia comprendida entre el punto de acometida de cables de la unidad de protección y el transformador de la instalación generadora.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a una aparamenta eléctrica de aplicación en instalaciones de generación de energía eléctrica, como por ejemplo parques eólicos o fotovoltaicos, en concreto en unidades de generación, como pueden ser por ejemplo las torres de aerogeneradores o instalaciones fotovoltaicas, que comprenden su propio centro de transformación dotado de aparamenta eléctrica que es objeto de la presente invención. Por tanto, de aquí en adelante se entenderá como unidad de generación cada una de las torres de aerogeneradores o instalaciones fotovoltaicas que comprenden la aparamenta eléctrica objeto de la invención. Esta aparamenta eléctrica permite la conexión de las unidades de generación a la red eléctrica de distribución, pudiendo ser el esquema eléctrico de conexión del tipo radial o en antena.
Dependiendo de la posición que ocupe la unidad de generación en el esquema eléctrico de conexión a la red de distribución, es decir, de si se trata por ejemplo de una torre de aerogenerador o instalación fotovoltaica de principio o final de línea o de si se trata de una torre de aerogenerador o instalación fotovoltaica intermedia, la aparamenta eléctrica puede comprender al menos una unidad de remonte y una unidad de protección o puede comprender al menos una unidad de remonte, una unidad de línea y una unidad de protección respectivamente. En ambos casos, todas las unidades se encuentran incorporadas en una envolvente, como por ejemplo una envolvente metálica, aisladas en un fluido dieléctrico. La aparamenta eléctrica de la invención comprende dicha envolvente que incorpora en su interior todas las unidades, y además puede comprender al menos un punto de acometida de cables, un punto de salida de cables y al menos un medio de maniobra que permite realizar al menos una de las funciones siguientes: conexión-corte-seccionamiento-puesta a tierra.
En este sentido, un ejemplo de realización de la invención podría comprender un punto de salida de cables con posibilidad de disponer de un primer medio de maniobra como por ejemplo un seccionador de puesta a tierra que permite conectar a tierra dicha salida, un segundo medio de maniobra como por ejemplo un interruptor automático que permita realizar funciones de protección, conexión y corte, un tercer medio de maniobra como por ejemplo un interruptor-seccionador y seccionador de puesta a tierra que permita realizar funciones de conexión, seccionamiento y puesta
a tierra, y que está en serie con el interruptor automático y cuarto medio de maniobra como por ejemplo un interruptor de corte en carga que permite realizar funciones de corte, conexión, seccionamiento y puesta a tierra. Por tanto, la aparamenta eléctrica de la invención incorpora en una sola envolvente o módulo las unidades que en el estado de la técnica se incorporan en varios módulos o envolventes, evitando así problemas de espacio e instalación en el interior de las unidades de generación tales como por ejemplo las torres de aerogenerador.
Además, el punto de acometida de cables provenientes del transformador de la unidad de generación, o acometida superior, se encuentra, como su propio nombre indica, en la parte superior de la envolvente, por lo que se consigue un ahorro importante de cable, ya que se acorta la longitud de cable necesaria para conectar dicho transformador con la aparamenta eléctrica. Asimismo, la instalación de los cables se convierte en una tarea más sencilla ya que no implica necesidad de mayor espacio en el interior de la unidad de generación, como por ejemplo en el interior de una torre de aerogenerador. Se ha previsto que dicho punto de acometida superior de cables pueda estar cubierta por una carcasa, dotándola así de protección mecánica.
La envolvente de la aparamenta eléctrica también comprende en su parte inferior otro punto de acometida de cables, o acometida inferior, provenientes de una unidad de generación anterior, como por ejemplo una torre de aerogenerador anterior. Dicha envolvente puede también estar dotada en al menos uno de sus laterales con un punto de salida de cables dirigidos hacia la próxima unidad de generación, como puede ser por ejemplo la siguiente torre de aerogenerador, así como de al menos un elemento de conexión que permite la extensión modular de la aparamenta eléctrica, como por ejemplo el acoplamiento de una envolvente, celda de medida, celdas de servicios auxiliares u otras funciones de corte, conexión, seccionamiento y puesta a tierra.
Los puntos de acometida de cables, el punto de salida de cables y los elementos de conexión se refieren a pasatapas que se seleccionan entre tipo hembra, tipo macho y sus combinaciones y que se encuentran accesibles por el exterior de la envolvente.
La aparamenta eléctrica objeto de la presente invención también puede comprender medios de medida, control y protección como por ejemplo sensores de tensión, transformadores de tensión, medios de recepción/transmisión de señales vía PLC, medios de detección de descargas parciales, sensores de corriente, etc. Estos medios de medida, control y protección, como pueden ser por ejemplo medios que suministran valores de tensión e intensidad, tales como por ejemplo captadores toroidales inductivos para medida de intensidad y captadores resistivos/capacitivos para medida de tensión, pueden ser instalados en los pasatapas que comprenden los puntos de acometida de cables, el punto de salida de cables y los elementos de conexión anteriormente citados, de forma que se posibilita la medida de la energía generada por cada unidad de generación, la medida de la energía en cada una de las ramas del esquema eléctrico radial de conexión de las unidades de generación, así como la tensión en el embarrado principal.
Por otro lado, la envolvente comprende medios de maniobra que permiten llevar a cabo funciones de conexión, corte, seccionamiento y puesta a tierra. De esta forma, la envolvente puede comprender un interruptor automático de dos posiciones de maniobra, corte y conexión, como por ejemplo un interruptor automático de vacío, el cual tiene la función de proteger el transformador de la unidad de generación. Asimismo, la envolvente comprende un primer interruptor-seccionador y seccionador de puesta a tierra de al menos dos posiciones de maniobra, conexión, seccionamiento y puesta a tierra, que una vez abierto el interruptor automático permite poner a tierra y aislar la línea que proviene del transformador de la unidad de generación. La envolvente también comprende un segundo seccionador de puesta a tierra de dos posiciones de maniobra, abierto o puesto a tierra, el cual permite poner a tierra o aislar la línea de tierra que va hacia una unidad de generación posterior, por ejemplo, cuando exista una falta entre dos unidades de generación, el área afectada queda aislada poniendo a tierra en ambos lados el tramo de línea. Finalmente, para el caso en que la unidad de generación sea una unidad intermedia, la envolvente también comprende un interruptor de corte en carga de tres posiciones de maniobra, conexión, seccionamiento y puesta a tierra, que permite la entrada de línea desde el, o las unidades de generación anteriores. El interruptor de corte en carga puede ser maniobrado vía telemando, de forma que desde una unidad de generación se puede enviar la orden de maniobra a un interruptor de corte en carga
instalado en otra unidad de generación, evitando desplazamientos de operarios de una unidad de generación a otra y agilizando así las labores de mantenimiento o reparación, siendo el impacto de dichas labores sobre la energía cedida la menor posible.
La invención también contempla la posibilidad de que el primer interruptor- seccionador y seccionador de puesta a tierra y el segundo seccionador de puesta a tierra puedan estar configurados como un único medio de maniobra, es decir, un seccionador de puesta a tierra que comprende al menos un contacto móvil con movimiento rotativo y que puede conectar eléctricamente entre sí al menos una pareja de contactos fijos, pudiendo conectar la tierra tanto de la acometida de línea como de la derivación al transformador. En este caso, el interruptor automático de dos posiciones (conexión - corte) se encuentra conectado eléctricamente con el punto de acometida de cables que provienen del transformador de la unidad de generación y con dicho seccionador de puesta a tierra rotativo, estando a su vez este seccionador de puesta a tierra rotativo conectado eléctricamente con el interruptor de corte en carga de tres posiciones (conexión - seccionamiento - puesta a tierra) y este último conectado eléctricamente a su vez con el punto de acometida de cables provenientes de una unidad de generación o instalación anterior. Asimismo, el seccionador de puesta a tierra rotativo y el interruptor de corte en carga se encuentran conectados eléctricamente con al menos un punto de salida de cables que se dirigen a una unidad de generación o instalación posterior, y con al menos un elemento de conexión que permite la extensión modular de la aparamenta eléctrica. En esta posible configuración de aparamenta eléctrica, también se ha previsto que todos los medios de maniobra se encuentren incorporados en una envolvente, o lo que es lo mismo, la unidad de remonte, la unidad de línea y la unidad de protección se encuentran incorporados en una única envolvente o celda aislados en un fluido dieléctrico.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con varios ejemplos preferentes de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha
descripción, un juego de figuras en el que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra un esquema unifilar de aparamenta eléctrica según el estado de la técnica dispuesta en dos unidades de generación, como por ejemplo dos torres de aerogeneradores.
Figura 2.- Muestra un esquema unifilar de la aparamenta eléctrica de la invención dispuesta en varias unidades de generación, como por ejemplo varias torres de aerogeneradores, según una primera realización preferente de la invención.
Figura 3.- Muestra un esquema unifilar de la aparamenta eléctrica de la invención dispuesta en varias unidades de generación, como por ejemplo varias torres de aerogeneradores, según una segunda realización preferente de la invención.
Figura 4a.- Muestra una vista de alzado de la aparamenta eléctrica de la invención según la figura 2 o 3 dispuesta en el interior de una envolvente.
Figura 4b.- Muestra una vista de perfil derecho de la aparamenta eléctrica de la invención según la figura 2 o 3 dispuesta en el interior de una envolvente.
Figura 4c.- Muestra una vista de perfil izquierdo de la aparamenta eléctrica de la invención según la figura 2 o 3 dispuesta en el interior de una envolvente.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La figura 1 muestra la aparamenta eléctrica (1) según el estado de la técnica, que a diferencia de la presente invención comprende una envolvente (8) para cada una de las unidades (2, 3, 9).
En las figuras 2, 4a, 4b y 4c se muestra una aparamenta eléctrica (1) de aplicación en instalaciones de generación de energía eléctrica, en concreto en unidades de generación tales como por ejemplo torres de aerogeneradores (12, 13) que comprenden su propio centro de transformación dotado de dicha aparamenta eléctrica (1).
La aparamenta eléctrica (1) objeto de la presente invención comprende al menos una unidad de remonte (2) y una unidad de protección (3) incorporados en el interior de una envolvente (8), por ejemplo metálica, y aisladas en un fluido dieléctrico, como por ejemplo un gas o una mezcla de gases, para el caso en que la aparamenta eléctrica (1) corresponda a una torre de aerogenerador de final o de principio de línea eléctrica, tal y como se muestra en la figura 2, como por ejemplo en un esquema eléctrico del tipo radial o en antena.
En el caso de una torre de aerogenerador intermedia, tal y como se muestra en las figuras 2 y 3, la aparamenta eléctrica (1) comprende una envolvente (8), por ejemplo metálica, que incorpora en su interior una unidad de remonte (2), una unidad de línea (9) y una unidad de protección (3) aisladas en un fluido dieléctrico, como por ejemplo un gas o una mezcla de gases.
La aparamenta eléctrica (1) de la invención comprende dicha envolvente (8) que incorpora en su interior todas las unidades (2, 3, 9), y además comprende al menos un punto de acometida (4, 10) de cables, al menos un punto de salida (5) de cables y al menos un medio de maniobra (6, 7, 11, 20) que permite realizar las funciones de conexión, corte, seccionamiento y puesta a tierra, tal y como se muestra en las figuras 2, 4a, 4b y 4c, pudiendo ser el primer medio de maniobra (20) un seccionador de puesta a tierra, el segundo medio de maniobra (6) un interruptor automático, el tercer medio de maniobra (7) un interruptor-seccionador y seccionador de puesta a tierra y el cuarto medio de maniobra (11) un interruptor de corte en carga.
El punto de acometida superior (4) de cables (25) provenientes del transformador del aerogenerador (12, 13) se encuentra, como su propio nombre indica, en la parte superior de la envolvente (8), tal y como se muestra en las figuras 2 y 3, y dicho punto de acometida superior (4) de cables (25) puede estar cubierta por una carcasa (15), tal y como se muestra en las figuras 4a, 4b y 4c. El punto de acometida inferior (10) de cables provenientes de la aparamenta eléctrica (1) de una unidad de generación (13) anterior a la unidad de generación (12) se encuentra, también como su propio nombre indica, en la parte inferior de la envolvente (8), tal y como se muestra en las figuras 2 y 3, la cual también puede estar cubierta por una tapa (24) tal y como se muestra en las figuras 4a, 4b y 4c. La envolvente (8) también está dotada en al menos
uno de sus laterales con el punto de salida (5) de cables dirigidos hacia la próxima instalación o unidad de generación, como puede ser por ejemplo la siguiente torre de aerogenerador, tal y como se muestra en las figuras 4a y 4c, así como de al menos un elemento de conexión (14) que permite la extensión modular de la aparamenta eléctrica (1), como por ejemplo el acoplamiento de otra celda de medida, tal y como se muestra en la figura 4b. Los puntos de acometida superior e inferior (4, 10) de cables, el punto de salida (5) de cables y los elementos de conexión (14) pueden ser pasatapas que se seleccionan entre tipo hembra, tipo macho y sus combinaciones y que se encuentran accesibles por el exterior de la envolvente (8), tal y como se muestra en las figuras 4a, 4b y 4c.
Por otro lado, la aparamenta eléctrica (1) de la invención puede comprender medios de medida, control y protección (22, 23), como por ejemplo captadores toroidales inductivos (22) para medida de intensidad, transformadores de tensión (23) para la medida de tensión, etc., tal y como se muestra en las figuras 2 y 3, que pueden ser instalados en los mismos pasatapas que comprenden los puntos de acometida superior e inferior (4, 10) de cables, el punto de salida (5) de cables y/o en los elementos de conexión (14) que quedan accesibles desde el exterior de la envolvente (8) de la aparamenta eléctrica (1). De esta forma se posibilita por ejemplo la medida de la energía generada por cada aerogenerador, la medida de la energía en cada una de las ramas del esquema eléctrico radial de conexión de los aerogeneradores, así como la tensión en el embarrado principal.
En la figura 2 se muestra un esquema unifilar de la aparamenta eléctrica (1 ) dispuesta en varias unidades de generación (12, 13) según una primera realización preferente de la invención. En esta posible realización la aparamenta eléctrica (1) comprende medios de maniobra (6, 7, 11 , 20) con funciones de conexión, corte, seccionamiento y puesta a tierra, todos ellos dispuestos en el interior de la misma envolvente (8), incluyendo así la unidad de remonte (2) con posibilidad de conectara tierra, la unidad de línea (9) y la unidad de protección (8) en una única envolvente (8) modular, a la cual en caso de necesidad se le pueden acoplar otras envolventes modulares.
En este sentido, en esta primera realización de la invención la envolvente (8) comprende un segundo medio de maniobra (6), como por ejemplo un interruptor
automático de vacío de dos posiciones de maniobra, conexión - corte, el cual tiene la función de proteger el transformador del aerogenerador (12, 13). Asimismo, la envolvente (8) comprende en su interior el tercer medio de maniobra (7) que comprende un primer interruptor-seccionador y seccionador de puesta a tierra de al menos dos posiciones de maniobra, conexión - seccionamiento - puesta a tierra, que una vez abierto el interruptor automático del segundo medio de maniobra (6) permite poner a tierra y aislar la línea que proviene del transformador del aerogenerador (12, 13). Tal y como se muestra en la figura 2, la envolvente (8) también comprende en su interior el primer medio de maniobra (20) que comprende un segundo seccionador de puesta a tierra de dos posiciones de maniobra, conexión - puesta a tierra, el cual permite poner a tierra y aislar la línea que va hacia un aerogenerador posterior en el esquema eléctrico de conexión a la red de distribución. Finalmente, en el caso en que la torre de aerogenerador sea una torre intermedia, la envolvente (8) comprende en su interior el cuarto medio de maniobra (11) que comprende un interruptor de corte en carga de tres posiciones de maniobra, conexión - seccionamiento - puesta a tierra, que permite la entrada de línea proveniente de la torre de aerogenerador anterior, o de las torres de aerogeneradores anteriores.
En cuanto a la figura 3, esta muestra un esquema unifilar de la aparamenta eléctrica (1) dispuesta en varias torres de aerogeneradores (12, 13) según una segunda realización preferente de la invención. En esta realización posible de la invención la envolvente (8), en vez de comprender el tercer medio de maniobra (7) y el primer medio de maniobra (20), comprende un medio de maniobra (21) que comprende al menos un contacto móvil (16) con movimiento rotativo que puede conectar eléctricamente entre sí al menos una pareja de contactos fijos (17, 18, 19), de forma que se trata de un medio de maniobra (21) de tres posiciones de maniobra, conexión - puesta a tierra - puesta a tierra, es decir, permite conectar la torre de aerogenerador (12, 13) a la red de distribución, aislar y poner a tierra dicha torre de aerogenerador (12, 13), o aislar y poner a tierra la línea que sale hacia una torre de aerogenerador posterior, es decir, aunque en dicha figura 3 no se muestre la referencia numérica (2) referente a la unidad de remonte que en la primera realización preferente comprende un primer medio de maniobra (20) tal como un seccionador de puesta a tierra, el medio de maniobra (21) de esta segunda realización preferente comprende también la función de seccionador de puesta a tierra. La envolvente (8),
además de este medio de maniobra (21) también comprende el segundo medio de maniobra (6), como por ejemplo un interruptor automático de vacío de dos posiciones, conexión - corte, el cual tiene la función de proteger el transformador del aerogenerador (12, 13), y el cuarto medio de maniobra (11) que comprende un interruptor de corte en carga de tres posiciones de maniobra, conexión - seccionamiento - puesta a tierra, que permite la entrada de línea proveniente de la torre de aerogenerador anterior, o de las torres de aerogeneradores anteriores. Por tanto, el segundo medio de maniobra (6) se encuentra conectado eléctricamente con el punto de acometida superior (4) de cables (25) y con el medio de maniobra (21), estando a su vez dicho medio de maniobra (21) conectado eléctricamente con el cuarto medio de maniobra (11) y dicho cuarto medio de maniobra (11) conectado eléctricamente a su vez con la acometida inferior (10) de cables. El medio de maniobra (21) y el cuarto medio de maniobra (11) se encuentran conectados eléctricamente con el punto de salida (5) de cables.
Claims
1.- Aparamenta eléctrica (1) para instalaciones de generación de energía eléctrica que comprende al menos una unidad de remonte (2) y una unidad de protección (3), comprendiendo estas unidades (2, 3):
- al menos un punto de acometida superior (4) de cables (25),
- al menos un punto de salida (5) de cables, y
- al menos un medio de maniobra (6, 7, 20) con funciones de conexión, corte, seccionamiento y puesta a tierra, caracterizado porque la aparamenta eléctrica (1) comprende una envolvente (8) que incorpora la unidad de remonte (2) y la unidad de protección (3) aisladas en un fluido dieléctrico.
2.- Aparamenta eléctrica (1) según reivindicación 1, caracterizado porque comprende al menos una unidad de línea (9), comprendiendo esta unidad de línea (9):
- al menos un punto de acometida inferior (10) de cables, y
- al menos un medio de maniobra (11) con funciones de conexión, corte, seccionamiento y puesta a tierra, donde la envolvente (8) incorpora la unidad de remonte (2), la unidad de línea (9) y la unidad de protección (3) aisladas en un fluido dieléctrico.
3.- Aparamenta eléctrica (1) según reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el punto de acometida superior (4) de cables (25) provenientes del transformador de al menos una unidad de generación (12, 13) se encuentra en la parte superior de la envolvente (8).
4 Aparamenta eléctrica (1) según reivindicación 3, caracterizado porque el punto de acometida superior (4) de cables (25) provenientes del transformador de la unidad de generación (12, 13) se encuentra cubierta por una carcasa (15).
5.- Aparamenta eléctrica (1) según reivindicación 3, caracterizado porque la envolvente (8) comprende en su parte inferior el punto de acometida inferior (10) de cables provenientes de una unidad de generación (13) anterior.
6.- Aparamenta eléctrica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende al menos un elemento de conexión (14) en al menos un lateral de la envolvente (8) que permite la extensión modular de la aparamenta eléctrica (1).
7.- Aparamenta eléctrica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los puntos de acometida superior e inferior (4, 10) de cables, el punto de salida (5) de cables y los elementos de conexión (14) son pasatapas que se seleccionan entre tipo hembra, tipo macho y sus combinaciones.
8.- Aparamenta eléctrica (1) según reivindicación 7, caracterizado porque los puntos de acometida superior e inferior (4, 10) de cables, el punto de salida (5) de cables y los elementos de conexión (14) son accesibles por el exterior de la envolvente (8).
9.- Aparamenta eléctrica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo medio de maniobra (6) comprende un interruptor automático de dos posiciones de maniobra, corte y conexión.
10.- Aparamenta eléctrica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tercer medio de maniobra (7) comprende un primer interruptor-seccionador y seccionador de puesta a tierra de al menos dos posiciones de maniobra, conexión, seccionamiento y puesta a tierra.
11.- Aparamenta eléctrica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer medio de maniobra (20) comprende un segundo seccionador de puesta a tierra de dos posiciones de maniobra, conexión y puesta a tierra.
12.- Aparamenta eléctrica (1) según reivindicación 10 y 11, caracterizado porque el tercer medio de maniobra (7) y el primer medio de maniobra (20) están configurados como un único medio de maniobra (21) que comprende al menos un contacto móvil (16) con movimiento rotativo que puede conectar eléctricamente entre sí al menos una pareja de contactos fijos (17, 18, 19).
13.- Aparamenta eléctrica (1) según reivindicación 11 o 12, caracterizado porque la envolvente (8) comprende en su interior el cuarto medio de maniobra (11) que comprende un interruptor de corte en carga de tres posiciones de maniobra, conexión, seccionamiento y puesta a tierra.
14.- Aparamenta eléctrica (1) según reivindicación 13, caracterizado porque el segundo medio de maniobra (6) se encuentra conectado eléctricamente con el punto de acometida superior (4) de cables (25) y con el medio de maniobra (21), estando a su vez dicho medio de maniobra (21) conectado eléctricamente con el cuarto medio de maniobra (11) y este último medio de maniobra (11) conectado eléctricamente a su vez con el punto de acometida inferior (10) de cables.
15.- Aparamenta eléctrica (1) según reivindicación 14, caracterizado porque el medio de maniobra (21) y el cuarto medio de maniobra (11) se encuentran conectados eléctricamente con el punto de salida (5) de cables.
16.- Aparamenta eléctrica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende medios de medida, control y protección (22, 23).
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