Procedimiento, dispositivo y sistema de protección de un aparato eléctrico, así como transformador y subestación que comprende dicho dispositivo o sistema.

Procedimiento de protección frente a los efectos de sobrecargas de un aparato eléctrico de transformación de demedia tensión / baja tensión o transformador (1) que presenta una parte activa (4),

encontrándose el aparatosumergido en un líquido dieléctrico, caracterizado por que consiste en interrumpir (20) la corriente de alimentaciónde media tensión en función de una detección térmica (9) de la variación en la temperatura de la parte activa (4) delaparato que hay que proteger (1) accionando en un dispositivo de protección el funcionamiento de un actuador (8)adaptado para actuar directamente sobre una palanca (29) en relación mediante una articulación pivotante (3A) conun balancín (30) sobre el cual está montado un muelle (7) de tal modo que la interrupción se realiza directamente enel líquido dieléctrico.

Procedimiento, dispositivo y sistema de protección de un aparato eléctrico, así como transformador y subestación que comprende dicho dispositivo o sistema.

La invención se refiere a un procedimiento destinado a la protección de los aparatos eléctricos frente a los efectos que se derivan de las sobrecargas, y de manera más particular de los transformadores polifásicos de distribución de la energía eléctrica de media tensión / baja tensión, con el fin de garantizar una protección anticipada a las sobrecargas excesivas en situación de funcionamiento. La invención también se refiere a un dispositivo de aplicación de este procedimiento, así como a un sistema de protección que comprende el anterior dispositivo de protección y un dispositivo de protección frente a los efectos de los defectos internos de dichos aparatos. La invención también se refiere a un transformador y a una subestación de transformación que comprende dicho dispositivo o dicho sistema.

En la actualidad es habitual proteger los transformadores de distribución de media tensión / baja tensión frente a los efectos de los defectos internos, con el fin de evitar los efectos secundarios consecutivos a un fallo del transformador. Este tipo de soluciones se describen, por ejemplo, en los documentos de las patentes EP 0817346, EP 0 800 251 o EP 0 653 765.

Los dispositivos descritos tienen como función esencial suprimir los efectos secundarios causados por un fallo del transformador. Su objeto no es, por lo tanto, impedir la aparición de una avería en el aparato, sino evitar que esta se transforme en un manifestación peligrosa para el entorno, como un incendio o una explosión.

El documento EP 0817346 en particular presenta una solución que aporta, además, una desconexión de todas las fases que alimentan al transformador, evitando de este modo la persistencia de una corriente de defecto que sería perjudicial para el funcionamiento continuo de la red de media tensión.

Pero se debería excluir volver a conectar el transformador en su configuración inicial en el lugar de funcionamiento, por medio de un elemento de mando, accesible por ejemplo desde el exterior. Esta solución sería en efecto peligrosa para el operario que quisiera volver a conectar el transformador sin una reparación previa que, por otra parte, solo se puede llevar a cabo en un taller.

La experiencia muestra que el origen de las averías de los transformadores en funcionamiento está con frecuencia relacionado con una situación de sobrecarga. Este tipo de casos aparecen en particular en las zonas en las que las necesidades de electricidad son muy crecientes, en los países en vías de desarrollo por ejemplo. El aumento de las necesidades de energía, debido a la extensión de una población o al incremento local de la actividad económica, se desarrolla por lo general en un contexto no planificado, lo que no permite anticipar la adaptación de la potencia del transformador solicitado. Este se sobrecarga por tanto progresivamente, hasta el punto de averiarse debido a los calentamientos excesivos que experimentan sus devanados eléctricos.

Un transformador también puede experimentar una sobrecarga debido a un defecto de aislamiento que aparece en las líneas de baja tensión que este alimenta. Este defecto, más o menos lejano, se traduce entonces en un cortocircuito impedante, lo que genera una corriente anormal asimilable a una sobrecarga.

También es frecuente proteger los transformadores de distribución frente a las sobrecargas, así como frente a los cortocircuitos, mediante unos disyuntores de baja tensión situados en el exterior, o directamente integrados en el baño de aceite del aparato que hay que proteger, o incluso en el circuito de media tensión del transformador. De manera ventajosa, con esta última solución, la intensidad que hay que interrumpir es más baja y, por lo tanto, el coste de la función reducido.

Sin embargo, la eficacia de este tipo de soluciones con disyuntor resulta insuficiente: parece que la tasa de averías relacionadas con los casos de sobrecargas es superior al 5 % por año de funcionamiento en determinadas redes, lo que causa un perjuicio grave para el distribuidor de energía. Esta falta de eficacia se explica por las condiciones de uso de estos disyuntores, que estén en el exterior o en el interior (duras condiciones exteriores; disparo en función de la intensidad y de su duración; temperatura tenida en cuenta diferente de la de los elementos sensibles a la sobrecarga del transformador) .

Con independencia de los aspectos vinculados a la fiabilidad, estas soluciones también presentan un riesgo para el operario: estas están previstas para permitir una operación de cierre, tras un disparo. Ahora bien, este disparo puede ser simultáneo o consecutivo a un fallo del transformador, el cual provoca el calentamiento que origina el funcionamiento de la protección. En este caso, el operario puede llevar a cabo una operación de puesta en carga o en tensión del transformador averiado y se expone entonces a la aparición de peligrosas tensiones de contacto o de paso, e incluso a incendios o explosiones.

El objeto de la invención es resolver los inconvenientes del estado de la técnica y, de manera más particular, conseguir uno al menos de los siguientes objetivos:

-garantizar una protección eficaz y segura frente a las sobrecargas del transformador y, por lo tanto, reducir los casos de avería, permitiendo al mismo tiempo un funcionamiento óptimo;

-ser seguro impidiendo cualquier riesgo de reconexión de un transformador en situación de avería;

-reducir los casos de averías para realizar una protección completa frente a los efectos de los defectos internos de los transformadores o equivalentes.

Para ello, la invención parte de la observación de que un transformador sumergido en un líquido dieléctrico, como un aceite mineral, presenta un envejecimiento muy acelerado desde el momento en que el interior de los devanados eléctricos supera un determinado valor. Por ejemplo, para unos aislantes celulósicos impregnados con un aceite mineral, este valor es de 98 ºC. Además, si la temperatura del aparato supera los 140 ºC en un punto caliente, el transformador sufrirá una avería a corto plazo (en unas decenas de horas de funcionamiento) .

Parece entonces esencial que, para obtener una protección eficaz del transformador frente a las sobrecargas, esta protección se haga a partir de una medición de la temperatura real de los devanados eléctricos. Este enfoque se traduce en tener en cuenta la inercia térmica del transformador que se deriva de la superposición de dos constantes de tiempo: una constante de tiempo del intercambio entre el baño de aceite y el aire ambiente (en general del orden de 2 horas) y una constante de tiempo del intercambio térmico entre los devanados eléctricos y el baño de aceite (en general del orden de 10 minutos) .

Ahora bien, interrumpir una intensidad de funcionamiento, incluso en condiciones de sobrecarga, en el circuito de media tensión del transformador se puede realizar con una capacidad de corte limitada, por ejemplo del orden de una decena de amperios, de manera más simple y económica que si se trata de actuar en el circuito de baja tensión dimensionado para unas intensidad de funcionamiento de varias centenas de amperios.

De manera más precisa, la invención, tal y como se define en la reivindicación 1, tiene por objeto un procedimiento de protección frente a los efectos de sobrecargas de un aparato eléctrico de transformación de media tensión /baja tensión o transformador que presenta una parte activa, encontrándose el aparato sumergido en un líquido dieléctrico. El procedimiento consiste en interrumpir la corriente de alimentación de media tensión en función de una detección térmica de la variación de la temperatura de la parte activa del aparato que hay que proteger, realizándose la interrupción directamente en el líquido dieléctrico.

En el caso de un aparato en modo polifásico, el procedimiento consiste en realizar, para cada fase, una interrupción rotativa de la corriente eléctrica de media tensión mediante unos contactos fijos y móviles, siendo los contactos móviles de todas las fases solidarios en rotación y estando adaptados para crear, en función de la posición de rotación, una conexión galvánica entre los contactos fijos propios de cada fase.

La invención también se refiere a un dispositivo tal y como se define en la reivindicación 3.

Dicho dispositivo de protección frente a los efectos de sobrecarga de dicho aparato eléctrico de transformación de tensión o transformador, comprende, entre otros elementos, un interruptor de corriente de alimentación... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de protección frente a los efectos de sobrecargas de un aparato eléctrico de transformación de de media tensión / baja tensión o transformador (1) que presenta una parte activa (4) , encontrándose el aparato sumergido en un líquido dieléctrico, caracterizado por que consiste en interrumpir (20) la corriente de alimentación de media tensión en función de una detección térmica (9) de la variación en la temperatura de la parte activa (4) del aparato que hay que proteger (1) accionando en un dispositivo de protección el funcionamiento de un actuador (8) adaptado para actuar directamente sobre una palanca (29) en relación mediante una articulación pivotante (3A) con un balancín (30) sobre el cual está montado un muelle (7) de tal modo que la interrupción se realiza directamente en el líquido dieléctrico.

2. Procedimiento de protección frente a los efectos de sobrecarga de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que, en el caso de un aparato en modo polifásico, este consiste en realizar, para cada fase (A, B, C) , una interrupción (20) rotativa de la corriente eléctrica de media tensión mediante unos contactos fijos (23, 24) y móviles (22) , siendo los contactos móviles (22) de todas las fases solidarios en rotación y estando adaptados para crear, en función de la posición de rotación, una conexión galvánica entre los contactos fijos (23, 24) propios de cada fase.

3. Dispositivo de protección frente a las sobrecargas de un aparato eléctrico sumergido en un líquido dieléctrico como un transformador (1) polifásico de media tensión / baja tensión que comprende:

-un interruptor de la corriente de alimentación de media tensión (20) , caracterizado por el hecho de que el dispositivo comprende:

-un mecanismo de mando (6) que comprende una palanca (29) en relación mediante una articulación pivotante (3A) con un balancín (30) sobre el cual está montado un muelle (7) ;

-un actuador (8) adaptado para actuar directamente sobre dicha palanca (29) y adaptado para accionar este interruptor (20) ; y

-una sonda térmica (9) que puede disparar el mecanismo de mando (6) , estando la sonda (9) situada de tal modo que esté sometida a la temperatura de la parte activa (4) del aparato (1) que hay que proteger, encontrándose el interruptor (20) y su mecanismo de mando (6) integrados en el volumen de líquido dieléctrico del aparato.

4. Dispositivo de protección frente a las sobrecargas de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado por el hecho de que el mecanismo de mando (6) que acciona el interruptor (20) comprende un muelle de retorno (7) que actúa sobre una palanca (29) solidaria con el eje de rotación (26) del interruptor (20) , dando a este dos posiciones de estabilidad (S1, S2) para las cuales la corriente de alimentación respectivamente pasa o está interrumpida, y que forma una función tumbler.

5. Dispositivo de protección frente a las sobrecargas de acuerdo con la reivindicación anterior, en el cual la palanca

(29) sobre la cual actúa el muelle de retorno (7) presenta un grado de libertad en rotación con respecto al eje (26) del interruptor (20) , estando este grado de libertad limitado angularmente por medio de un pasador (27) solidario con el eje (26) del interruptor y con un orificio (32) con una dimensión definida en el cubo (2A) de la palanca (29) sobre la cual actúa el muelle de retorno (7) , de tal modo que se obtenga una velocidad de apertura de los contactos (22) del interruptor (20) independiente de la del mecanismo de mando (6) .

6. Dispositivo de protección frente a las sobrecargas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el cual el interruptor (20) de la corriente de alimentación de baja tensión es un interruptor rotativo polifásico que comprende, para cada fase (A, B, C) , dos contactos fijos (23, 24) y dos contactos móviles (22) conectados eléctricamente entre sí, siendo los contactos móviles (22) de todas las fases solidarios con un mismo conjunto rotativo (20) y estando adaptados, de acuerdo con la posición del conjunto rotativo, para crear una conexión galvánica entre los dos contactos fijos (23, 24) propios de cada fase.

7. Dispositivo de protección frente a las sobrecargas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el cual el interruptor (20) está controlado en la apertura de los contactos (22, 23, 24) por un electroimán (8) .

8. Dispositivo de protección frente a las sobrecargas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en el cual un mando manual (11) situado en el exterior del aparato (1) permite cerrar el interruptor (20) accionando la palanca (29) sobre la cual actúa el muelle de retorno (7) más allá del punto de equilibrio (K) del mecanismo con función tumbler (6) , estando entonces este mecanismo adaptado para poner en rotación al eje (26) del interruptor

(20) con una velocidad independiente de la velocidad de accionamiento del mando manual (11) .

9. Dispositivo de protección frente a las sobrecargas de acuerdo con la reivindicación anterior, en el cual el mando manual (11) solo se activa con el cierre de los contactos (22, 23, 24) del interruptor (20) .

10. Dispositivo de protección frente a las sobrecargas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el cual el electroimán (8) está alimentado con una tensión extraída de los bornes de uno de los devanados de baja tensión (10) del transformador (1) que hay que proteger.

11. Dispositivo de protección frente a las sobrecargas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10,

en combinación con la reivindicación 3, en el cual el electroimán está controlado por la sonda térmica (9) constituida por una bilámina que provoca el cierre del circuito de alimentación de un solenoide en caso de que se supere un umbral de temperatura predefinido.

12. Dispositivo de protección frente a las sobrecargas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11,

en el cual la sonda térmica (9) está situada en la parte superior de un canal de refrigeración del devanado de baja 10 tensión (10) del transformador (1) .

13. Sistema de protección frente a los efectos de sobrecargas de un transformador de media / baja tensión que comprende un dispositivo de protección frente a las sobrecargas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 12, acoplado a un dispositivo de protección de fusible (50) frente a los efectos de los defectos internos del transformador (1) .

14. Sistema de protección de acuerdo con la reivindicación 13, en el cual el interruptor (20) del dispositivo de protección frente a las descargas es común para los dos dispositivos para poder constituir un medio de desconexión para cada uno de los dos dispositivos.

15. Sistema de protección de acuerdo con la reivindicación anterior, en el cual el mecanismo de mando manual (11) comprende un fusible mecánico (42) adaptado para impedir el cierre del interruptor (20) accionado con la apertura de los contactos (22, 23, 24) por el dispositivo de protección frente a los efectos de los defectos internos del transformador.

16. Transformador de distribución de la energía eléctrica de media tensión / baja tensión que incluye el dispositivo o sistema de protección de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 15.

17. Subestación de transformación que comprende un transformador de distribución de acuerdo con la reivindicación 25 16.