Procedimiento y sistema de control del instante de puesta bajo tensión de un dispositivo que comprende un circuito magnético.

Procedimiento de control del instante de puesta bajo tensión de un dispositivo que comprende un circuito magnético

(1) y por lo menos una bobina conductora (2), caracterizado por que comprende las etapas siguientes:

- adquirir por lo menos una medición del campo magnético generado por el flujo remanente en dicho circuito magnético (1) mediante por lo menos un sensor de campo magnético (10a, 10b, 10c) colocado en la proximidad del circuito magnético (1),

- procesar las mediciones de campo magnético adquiridas para deducir a partir de las mismas el flujo remanente en el circuito magnético (1),

- a partir del flujo remanente, determinar el instante óptimo de la puesta bajo tensión,

realizándose el conjunto de dichas etapas tras la puesta fuera de tensión del dispositivo.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/059029.

Solicitante: ELECTRICITE DE FRANCE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 22-30 AVENUE DE WAGRAM 75008 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: COULOMB,JEAN-LOUIS, CAVALLERA,DIDIER, CHADEBEC,OLIVIER, CAILLAULT,BRUNO, ZGAINSKI,FRANÇOIS-XAVIER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES... > G01R33/00 (Dispositivos o aparatos para la medida de valores magnéticos)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES... > Dispositivos o aparatos para la medida de valores... > G01R33/02 (Medida de la dirección o de la intensidad de campos magnéticos o de flujos magnéticos (G01R 33/20 tiene prioridad))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación... > H02H9/00 (Circuitos de protección de seguridad para limitar el exceso de corriente o de tensión sin desconexión (asociación estructural de dispositivos de protección con máquinas o aparatos específicos ver las subclases relativas a estas máquinas o aparatos))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES... > Dispositivos o aparatos para la medida de valores... > G01R33/14 (Medida o trazado por puntos de las curvas de histéresis)

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y sistema de control del instante de puesta bajo tensión de un dispositivo que comprende un circuito magnético.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un sistema de control del instante de puesta bajo tensión de un dispositivo que comprende un circuito magnético y por lo menos una bobina conductora.

Antecedentes de la invención

Durante la nueva puesta bajo tensión de un transformador de potencia en una red de transporte o de distribución de electricidad, se conoce que pueden aparecer sobreintensidades transitorias, debido a una diferencia entre los valores de los flujos remanentes en cada parte del circuito magnético y los flujos generados por las tensiones impuestas en los bornes de cada arrollamiento.

Estas sobreintensidades ricas en armónicos pueden presentar, en determinadas configuraciones de la red, valores ampliamente superiores a los niveles admisibles por el transformador.

Estas sobreintensidades pueden crear por otro lado esfuerzos electrodinámicos importantes a nivel de los bobinados, conduciendo a una degradación acelerada del transformador (deformación, desplazamiento de los bobinados).

Estos problemas de sobreintensidades y de sobretensiones también se pueden encontrar en el contexto de otros dispositivos eléctricos que comprenden un circuito magnético y bobinas eléctricas (arranques de máquinas eléctricas).

A modo de ilustración se comentará a continuación el caso de un transformador monofásico.

Antes de la puesta bajo tensión, el flujo O en el material ferromagnético que constituye el circuito magnético presenta un valor Or denominado flujo remanente.

Este flujo remanente depende de las condiciones de la puesta fuera de tensión del transformador, que generalmente no se dominan, así como de la naturaleza del circuito magnético (tal como su geometría) y de los parámetros intrínsecos del material que lo constituye.

Este flujo remanente es susceptible de evolucionar a lo largo del tiempo, en particular debido a limitaciones exteriores que se pueden ejercer sobre el transformador fuera de tensión (por ejemplo bajo la influencia de dispositivos eléctricos en la proximidad del transformador).

En la puesta bajo tensión en t=, siendo la tensión aplicada una tensión alterna, la tensión en los bornes del bobinado inductor se puede escribir como: E = ^V2 eos (a)

donde:

V es el valor eficaz de la tensión impuesta

a es el ángulo que representa la fase en el momento de la puesta bajo tensión Vo presenta por tanto un valor que depende únicamente de a.

A este valor le corresponde un flujo Oo impuesto en el circuito magnético.

La ecuación de funcionamiento es la siguiente:

vV2cos(cot + a) - Ri(t) + n

dt

donde:

to es la pulsación de la tensión

R es la resistencia total del circuito eléctrico incluida la del bobinado inductor n es el número de espiras del bobinado inductor <t> es el flujo medio en el circuito magnético.

Se conoce que la expresión del flujo, tras algunas aproximaciones, es la siguiente:

<p(\) =

v4i

neo

sen(yt + a) + (<j)r

seiuy)e~t/r n cú

con

i = L / R y L es la inductancia del bobinado inductor.

Entonces es posible determinar la intensidad ¡(t) en función de la curva B(H) del material magnético del circuito.

La puesta bajo tensión óptima del transformador se realiza a un ángulo a dado tal que el transitorio del flujo (y por tanto de las comentes), es decir la intensidad máxima alcanzada tras la puesta bajo tensión, sea lo más bajo posible, con el fin de proteger al transformador.

A modo de ejemplo, si Or = y a= (es decir, puesta bajo tensión al máximo de tensión y ausencia de flujo remanente), entonces:

(j){t) =-------sen(yt)

neo

lo que significa que no hay régimen transitorio. Por tanto, la puesta bajo tensión es óptima.

En cambio, si Or = Or máx. y c(=3tt/2 (es decir, puesta bajo tensión a una tensión de y flujo remanente máximo), entonces:

**(Ver fórmula)**

neo

COS'

s(fiJí)-

v?

nm

En este caso, el flujo adopta valores muy elevados y conlleva una extracción de corriente importante o provoca importantes sobretensiones temporales armónicas en la red.

Estos dos ejemplos muestran el interés de conocer el valor del flujo remanente.

Una solución conocida para evaluar el flujo remanente se basa en el hecho de que la tensión es homogénea a la derivada del flujo, y consiste por tanto en evaluar el flujo remanente Integrando la tensión en los bornes del transformador antes de ponerlo fuera de tensión.

Un método de este tipo se describe por ejemplo en el documento US 21/1347.

Los documentos DE 196 41 116 y DE 36 14 57 también dan a conocer unos procedimientos que utilizan datos relativos al estado del dispositivo antes de su puesta fuera de tensión para estimar un instante óptimo de puesta bajo tensión.

No obstante, un método Indirecto de determinación del flujo remanente de este tipo puede resultar, en determinadas configuraciones de la red eléctrica de alimentación del transformador, poco preciso y poco robusto ya que han podido Intervenir fenómenos que hayan cambiado el estado magnético del circuito magnético, y la imprecisión de la medición de tensión, que es el dato de entrada para el cálculo del flujo, hace que ésta sea poco precisa (desviación, deriva, nivel de tensión baja, señal con ruido).

Por otro lado, puede transcurrir un lapso de tiempo largo entre la puesta fuera de tensión y la puesta bajo tensión de un transformador, lo que requiere guardar los datos durante un largo periodo y medir el flujo de manera regular para verificar su evolución.

Por tanto, un objetivo de la invención es permitir controlar de manera más precisa, sencilla y fiable, el instante de puesta bajo tensión de un transformador o de cualquier otro dispositivo que comprenda un circuito magnético y una o varias bobinas conductoras por las que pasa, en funcionamiento, una corriente, tal como una máquina rotativa por ejemplo.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento sencillo y fiable de puesta bajo tensión de un transformador en condiciones óptimas.

Otro objetivo de la invención es diseñar un sistema de determinación del flujo remanente en un circuito magnético cuyo rendimiento sea mejor y que sea más preciso que los sistemas actuales, y fácil de poner en práctica.

Breve descripción de la invención

Según la invención, se propone un procedimiento de control del instante de puesta bajo tensión de un dispositivo que comprende un circuito magnético y por lo menos una bobina conductora, caracterizado por que comprende las etapas de:

- adquirir por lo menos una medición del campo magnético generado por el flujo remanente en dicho circuito magnético mediante por lo menos un sensor de campo magnético colocado en la proximidad del circuito magnético,

procesar las mediciones de campo magnético adquiridas para deducir a partir de las mismas el flujo remanente en el circuito magnético,

- a partir del flujo remanente, determinar el instante óptimo de la puesta bajo tensión.

El conjunto de estas etapas se pone en práctica tras la puesta fuera de tensión del dispositivo y no requiere ningún conocimiento ni memorización del estado del dispositivo en el momento de su puesta fuera de tensión.

Dicho procedimiento comprende ventajosamente una etapa previa de calibración del sensor, en la que se establece la función de transferencia entre el valor del campo magnético medido mediante el sensor y... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de control del Instante de puesta bajo tensión de un dispositivo que comprende un circuito magnético (1) y por lo menos una bobina conductora (2), caracterizado por que comprende las etapas siguientes:

- adquirir por lo menos una medición del campo magnético generado por el flujo remanente en dicho circuito magnético (1) mediante por lo menos un sensor de campo magnético (1a, 1b, 1c) colocado en la proximidad del circuito magnético (1),

- procesar las mediciones de campo magnético adquiridas para deducir a partir de las mismas el flujo remanente en el circuito magnético (1),

- a partir del flujo remanente, determinar el instante óptimo de la puesta bajo tensión, realizándose el conjunto de dichas etapas tras la puesta fuera de tensión del dispositivo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende una etapa previa de calibración del sensor (1a, 1b, 1c), en la que se establece la función de transferencia entre el valor del campo magnético medido por el sensor y el valor del flujo remanente en el circuito magnético (1).

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que se coloca por lo menos un par de sensores en el circuito magnético de manera simétrica con respecto a dicho circuito magnético, y por que se determina la función de transferencia en función de los valores del campo magnético medido por dicho par de sensores y de la permeabilidad relativa del material que forma el circuito magnético.

4. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que se coloca por lo menos un par de sensores en la proximidad del circuito magnético de manera simétrica con respecto a dicho circuito magnético, y por que la calibración del sensor comprende una etapa de determinación de la integral, en un periodo de la corriente, de la tensión en los bornes de la bobina al paso por cero de la corriente y una etapa de determinación, en la curva de histéresis de la inducción en el circuito magnético en función de la intensidad de la corriente que circula en la bobina antes de la puesta fuera de tensión, de la inducción al paso por cero de la corriente, y la determinación de la función de transferencia a partir de dichas etapas.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dicho dispositivo comprende un recinto (4) que rodea el circuito magnético (1) y la bobina (2), y por que se coloca por lo menos un sensor de campo magnético (1a, 1b, 1c) sobre una cara externa de dicho recinto (4).

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que dicho dispositivo comprende varias fases de alimentación, caracterizado por que comprende la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5 para determinar el valor del flujo remanente en el circuito magnético para cada una de las fases de dicho dispositivo fuera de tensión, y calcular el instante óptimo de puesta bajo tensión para la fase que presenta el flujo remanente más elevado.

7. Aplicación del procedimiento según la reivindicación 6 para la puesta bajo tensión de un transformador trifásico, en la que se pone bajo tensión la fase de alimentación que presenta el flujo remanente más elevado en el instante óptimo determinado mediante dicho procedimiento para dicha fase de alimentación, y después se ponen simultáneamente bajo tensión las otras fases de alimentación en un instante en el que la tensión inducida por la puesta bajo tensión de la primera fase pasa por un valor nulo.

8. Sistema de control del instante de puesta bajo tensión de un dispositivo que comprende un circuito magnético (1) y por lo menos una bobina conductora (2), comprendiendo el sistema:

- por lo menos un sensor de campo magnético (1a, 1b, 1c),

- un sistema de adquisición de las mediciones de campo magnético procedentes de dicho sensor,

- un sistema de procesamiento de los datos adquiridos por el sistema de adquisición, para calcular el (los) flujo(s) remanente(s) en el circuito magnético y para determinar, a partir del flujo remanente, el instante óptimo de puesta bajo tensión,

caracterizado por que el sistema está configurado de tal manera que el conjunto de las etapas siguientes:

- adquirir por lo menos una medición del campo magnético generado por el flujo remanente en dicho circuito magnético (1) mediante el por lo menos un sensor de campo magnético (1a, 1b, 1c) colocado en la proximidad del circuito magnético (1),

- procesar las mediciones de campo magnético adquiridas para deducir a partir de las mismas el flujo remanente en el circuito magnético (1), a partir del flujo remanente,

- determinar el Instante óptimo de la puesta bajo tensión,

se realiza tras la puesta fuera de tensión del dispositivo.

9. Transformador que comprende un circuito magnético (1), por lo menos una bobina conductora primarla (2) y una bobina conductora secundaria (3), estando dicho circuito magnético y dichas bobinas conductoras rodeados por un 1 recinto (4), caracterizado por que comprende, en el circuito magnético y/o sobre o en la proximidad de una cara externa del recinto (4), por lo menos un sensor de campo magnético (1a, 1b, 1c) que pertenece a un sistema según la reivindicación 8.