Sistema, aparato y procedimiento para reducir una corriente de irrupción en un transformador trifásico.

Sistema, aparato y procedimiento para reducir una corriente de irrupción en un transformador trifásico.

Un sistema para reducir a corriente de irrupción en un transformador trifásico tras la energización del transformador mediante una tensión trifásica aplicada que utiliza un circuito de preflujo para establecer niveles de flujo residual en los segmentos de núcleo de las espiras primarias del transformador que están cerca de los niveles de flujo prospectivo establecidos en los segmentos de núcleo mediante la tensión aplicada. El circuito de preflujo incluye un condensador de fijación previa que

, después de cargarse a un nivel de tensión predeterminado, se descarga en serie a través de dos de las espiras primarias para establecer los niveles de flujo predeterminados en los segmentos de núcleo de las dos espiras, y un nivel de flujo reducido en el segmento de núcleo de la espira primaria restante. El transformador se energiza en el instante de la tensión de fase del pico referenciado de manera positiva a la tercera espira primaria, de manera que el flujo prospectivo y el flujo residual se aproximan a un nivel casi igual en la totaliada de los tres segmentos de núcleo y la corriente de irrupción es reducida.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2012/068922.

Solicitante: SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES, INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 2350 NE Hopkins Court 99163 Pullmann Washington WA ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: TAYLOR,Douglas I.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación... > H02H3/00 (Circuitos de protección de seguridad para desconexión automática respondiendo directamente a un cambio indeseado de las condiciones eléctricas normales de trabajo con o sin reconexión (especialmente adaptados para máquinas o aparatos de tipos especiales o para la protección seccional de sistemas de cables o líneas H02H 7/00; sistemas para conmutación de la alimentación de reserva H02J 9/00))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación... > H02H7/00 (Circuitos de protección de seguridad especialmente adaptados para máquinas o aparatos eléctricos de tipos especiales o para la protección seccional de sistemas de cables o líneas, y efectuando una conmutación automática en el caso de un cambio indeseable de las condiciones normales de trabajo (asociación estructural de órganos de protección con máquinas o aparatos específicos y su protección sin desconexión automática, ver la subclase correspondiente a tales máquinas o aparatos))
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Sistema, aparato y procedimiento para reducir una corriente de irrupción en un transformador trifásico.

Fragmento de la descripción:

Sistema, aparato y procedimiento para reducir una corriente de irrupción en un transformador trifásico

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere, en general, a la reducción de una corriente de irrupción en un transformador y, más específicamente, a un sistema, aparato, y procedimiento para reducir la corriente de irrupción cuando se energiza un transformador trifásico.

Al energizar un transformador trifásico en un sistema de suministro de energía eléctrica (tal como un sistema de generación, transmisión, o distribución de energía eléctrica, o similar), pueden ocurrir corrientes de irrupción que pueden ser tan grande como diez veces la corriente nominal del transformador y puede durar hasta aproximadamente la mitad de un segundo. La magnitud real de estas corrientes de irrupción depende de la impedancia de la fuente de suministro del transformador, el flujo magnético residual existente en el transformador, y el ángulo de la tensión aplicada en el momento de la energización.

Dichas corrientes de irrupción altas del transformador tienen una serie de efectos potencialmente adversos. Por un lado, una alta corriente de irrupción puede calentar considerablemente las espiras del transformador y causar un deterioro del aislamiento en el transformador. Además, altas corrientes de irrupción se pueden colocar grandes esfuerzos mecánicos en las espiras del transformador suficientes para desplazar a las espiras en el núcleo del transformador, que, en el peor de los casos, pueden romper las conexiones eléctricas en el transformador. Además, la compresión del aislamiento a partir del desplazamiento de las espiras del transformador puede resultar en cortocircuitos entre espiras dentro del transformador, que, si no se detectan, pueden eventualmente destruir el transformador.

Las altas corrientes de irrupción también pueden interrumpir un sistema de energía por la desconexión inapropiada de disyuntores de circuito y relés de sobre corriente, provocando caídas de tensión que pueden afectar a los equipos sensibles, mediante la introducción de grandes componentes armónicos, y alentando a las corrientes de irrupción simpáticas en transformadores adyacentes, conectados paralelamente.

Algunos procedimientos de reducción de corriente de irrupción de la técnica anterior que se han utilizado o sugerido anteriormente incluyen 1) el uso de resistencias u otros componentes temporalmente conmutados en serie o en paralelo con las espiras o devanados del transformador; 2) el uso de energización de voltaje controlado sin tener en cuenta el flujo residual en el transformador; y 3) el uso de energización de voltaje controlado basado en una estimación del flujo residual en las espiras del transformador.

Estos procedimientos anteriores no han sido totalmente satisfactorios para el uso en sistemas de suministro de energía eléctrica debido a que han requerido la interposición temporal de componentes adicionales en uno de los circuitos del transformador durante la energización o han requerido disyuntores capaces de control de fase individual con la posible necesidad de medir los niveles de flujo residuales en la espira del transformador, que pueden ser propensos a fallas o en algunos casos requieren una mejora significativa de los equipos existentes.

La presente divulgación proporciona un sistema, aparato y procedimiento para realizar eficazmente esta operación de preflujo en un transformador trifásico convencional. En particular, la presente divulgación está dirigida a un sistema, aparato y procedimiento para establecer los niveles de preflujo en los tres segmentos de núcleo asociados con las espiras primarias del transformador de un transformador trifásico de tal manera que cuando las espiras están energizadas en el instante correcto resulta en corrientes de irrupción significativamente reducidas. El sistema es automático, requiriendo sólo el accionamiento por el usuario antes de la energización del transformador.

Objetos de la invención

En consecuencia, es un objeto general de la presente divulgación para reducir la corriente de irrupción del transformador en un sistema eléctrico trifásico.

Es un objeto más específico de la presente divulgación proporcionar un sistema, aparato y procedimiento para establecer automáticamente los niveles de flujo residual en segmentos de núcleo del transformador, de tal manera que el transformador puede ser energizado con la corriente de irrupción reducida en las espiras.

Es otro objeto más específico de la presente divulgación proporcionar un sistema,

aparato y procedimiento para el establecimiento de los niveles de flujo residuales de casi igual magnitud pero de polaridad opuesta en dos de los segmentos de núcleo del transformador y un flujo reducido en el segmento de núcleo restante de un transformador trifásico de tal manera que el transformador puede ser energizado con la corriente de irrupción reducida en las espiras por la energización de todas las fases del transformador en el mismo instante tal como se define por un pico de voltaje de referencia positiva en la espirado restante.

Breve descripción de los dibujos

Aunque los rasgos característicos de esta divulgación se señalan en particular en las reivindicaciones, la divulgación en sí, y la manera en que puede ser realizada y utilizada, pueden entenderse mejor por referencia a la siguiente descripción tomada en relación con la dibujos adjuntos que forman parte de la misma, en los que números de referencia se refieren a piezas similares en las diversas vistas y en los que:

La figura 1 es una vista en perspectiva simplificada de una subestación de suministro de potencia que incorpora un sistema de preflujo construido de acuerdo con la divulgación.

La figura 2 es un diagrama esquemático simplificado parcialmente en forma de bloque funcional que muestra un sistema de preflujo construido de acuerdo con la divulgación.

La figura 3 es un diagrama esquemático simplificado de una porción del sistema de preflujo de la figura 2.

La figura 4 es una representación simplificada de un circuito de preflujo acoplado al núcleo magnético y espiras de un transformador de potencia trifásico convencional.

La figura 5 es una representación gráfica simplificada de la operación del sistema de preflujo con respecto a las tres espiras primarias del transformador de la figura 4.

La figura 6 es una representación gráfica simplificada de la aplicación de voltaje al transformador de la figura 4 después de que haya fluido previamente.

La figura 7 es un diagrama de flujo simplificado que ilustra la secuencia de las principales operaciones realizadas por el sistema de preflujo de las figuras 1-3.

La figura 8a es una representación simplificada de un circuito de preflujo acoplado al núcleo magnético y espiras de un transformador de potencia de un solo núcleo, de tres patas.

La figura 8b es una representación simplificada de un circuito de preflujo acoplado al núcleo magnético y espiras de un transformador de potencia de un solo núcleo, de tres patas.

La figura 8c es una representación simplificada de un circuito de preflujo acoplado al núcleo magnético y espiras de un transformador de potencia de un solo núcleo, de cinco patas.

La figura 8d es una representación simplificada de un circuito de preflujo acoplado al núcleo magnético y espiras de un transformador de potencia de tres núcleos.

Descripción de la realización preferida

Un procedimiento propuesto por el presente inventor para reducir la corriente de irrupción en un transformador monofásico implica el establecimiento de un flujo residual en el núcleo del transformador por medio de un circuito de preflujo...

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de preflujo para un transformador trifásico para reducir la corriente de irrupción en el transformador trifásico que tiene unas primeras espiras de fase A, B y C, unas segundas espiras de fase A, B y C, y un núcleo magnético que tiene unos segmentos A, B y C asociados con la primera y segunda espiras de fase A, B y C, respectivamente, que comprende:

un circuito de línea trifásica que incluye un disyuntor de línea trifásica para la aplicación de tensión de línea al transformador trifásico;

un condensador de preflujo;

una fuente de corriente continua para cargar el condensador de preflujo;

un circuito de carga para la conexión de la fuente de corriente continua al condensador de preflujo y cargar el condensador de preflujo a un nivel de tensión predeterminado;

un circuito de preflujo para conectar el condensador de preflujo a dos primeras espiras de las primeras espiras de fase A, B, y C; y

un circuito de control para controlar un cierre del circuito de la línea trifásica para aplicar la tensión de línea al transformador trifásico coincidente con un pico de tensión de referencia positiva de una fase asociada con una espira predeterminada.

2. El sistema de preflujo como se define en la reivindicación 1, en el que las primeras espiras de fase A, B, y C están en una configuración en estrella, y el circuito de preflujo está configurado para descargar el condensador de preflujo a través de las dos primeras espiras en serie para establecer los flujos residuales de casi igual magnitud pero de polaridad opuesta en dos de los segmentos de los núcleos magnéticos A, B, C asociados con las dos primeras espiras.

3. El sistema de preflujo como se define en la reivindicación 1, en el que el núcleo magnético comprende tres núcleos magnéticos y en el que al menos uno de las primeras y segundas espiras de fase A, B, y C está en configuración en triángulo.

4. El sistema de preflujo tal como se define en la reivindicación 1, en el que:

las primeras espiras de fase A, B, y C están en configuración en triángulo; y,

el circuito de preflujo está configurado para descargar el condensador de preflujo a través de las primeras espiras de fase A, B, y C para establecer un primer flujo residual que comprende una magnitud y una polaridad en uno de los primeros segmentos A, B, y C y los segundo flujos residuales en dos de los primeros segmentos A, B, y C, donde los segundos flujos residuales comprenden magnitudes menores que las del primer flujo residual y polaridades opuestas a las del primer flujo residual.

5. El sistema de preflujo como se define en la reivindicación 1, en el que el circuito de línea trifásica comprende un circuito de línea primario, las primeras espiras de fase A, B, y C comprenden unas espiras primarias, y el circuito de control controla el cierre del circuito de línea trifásica para aplicar tensión de línea a las primeras espiras de fase A, B y C.

6. El sistema de preflujo como se define en la reivindicación 1, en el que el circuito de línea trifásica comprende un circuito de línea primario, comprendiendo las primeras espiras de fase A, B, y C unas espiras secundarias, y el circuito de control controla el cierre del circuito trifásico para aplicar tensión de línea a las segundas espiras de fase A, B, y C.

7 El sistema de preflujo como se define en la reivindicación 1, en el que las primeras espiras de fase A, B, y C comprenden uno seleccionado del grupo que consiste en: una espira primaria, una espira secundaria, y una espira terciaria.

8. Un sistema de preflujo como se define en la reivindicación 1, en el que el disyuntor de línea es cerrado cuando los flujos potenciales se acercan a los flujos residuales de dos de los segmentos del núcleo magnético A, B, y C.

9. Un sistema de preflujo para un transformador trifásico para reducir la corriente de irrupción en el transformador trifásico que tiene unas primeras espiras de fase A, B, y C en configuración en estrella, unas segundas espiras de fase A, B, y C, y un núcleo magnético que tiene unos segmentos A, B, y C asociados a las primeras y segundas espiras de fase A, B, y C, respectivamente, que comprende:

un circuito de línea trifásica que incluye un disyuntor de línea trifásica para la aplicación de tensión de línea al transformador trifásico;

un condensador de preflujo;

una fuente de corriente continua para cargar el condensador de preflujo;

un circuito de carga para la conexión de la fuente de corriente continua al condensador de preflujo y cargar el condensador de preflujo a un nivel de tensión predeterminado;

un circuito de preflujo para descargar el condensador de preflujo a través de dos primeras espiras de las primeras espiras de fase A, B, y C; y

un circuito de control para controlar un cierre del circuito de línea trifásica para aplicar tensión de línea al transformador trifásico coincidente con un pico de tensión de referencia positiva de una fase asociada con una espira restante de las primeras espiras de fase A, B, y C.

1. El sistema de preflujo de la reivindicación 9, en el que el circuito de preflujo descarga el condensador de preflujo para establecer flujos residuales de casi igual magnitud y polaridad opuesta en dos de los segmentos del núcleo magnético A, B, y C asociados con las dos primeras espiras.

11. El sistema de preflujo de la reivindicación 1, en el que el circuito de preflujo descarga el condensador de preflujo para establecer un flujo reducido en un segmento de núcleo magnético restante.

12. El sistema de preflujo como se define en la reivindicación 9, en el que el circuito de línea trifásica comprende un circuito de línea primario, las primeras espiras de fase A, B, y C comprenden unas espiras primarias, y el circuito de control controla el cierre del circuito de la línea trifásica para aplicar la tensión de línea a las primeras espiras de fase A, B y C.

13. El sistema de preflujo como se define en la reivindicación 9, en el que el circuito de línea trifásica comprende un circuito de línea primario, las primeras espiras de fase A, B,

y C comprenden unas espiras secundarias, y el circuito de control controla el cierre del circuito trifásico para aplicar tensión de línea a las segundas espiras de fase A, B, y C.

14 El sistema de preflujo como se define en la reivindicación 9, en el que las primeras espiras de fase A, B, y C comprenden uno seleccionado del grupo que consiste en: una espira primaria, una espira secundaria, y una espira terciaria.

15. Un sistema de preflujo como se define en la reivindicación 9, en el que el disyuntor de línea se cierra cuando los flujos potenciales se acercan a los flujos residuales de dos segmentos del núcleo magnético A, B, y C.

16. Un sistema de preflujo para un transformador trifásico para reducir la corriente de irrupción en el transformador trifásico que tiene unas primeras espiras de fase A, B, y C en configuración en triángulo, unas segundas espiras de fase A, B, y C, y un núcleo magnético que tiene unos segmentos A, B, y C asociados con las primeras y segundas espiras de fase A, B, y C, respectivamente, que comprende:

un circuito de línea trifásica que incluye un disyuntor de línea trifásica para la aplicación de tensión de línea al transformador trifásico;

un condensador de preflujo;

una fuente de corriente continua para cargar el condensador de preflujo; un circuito de carga para la conexión de la fuente de corriente continua al condensador de preflujo y cargar el condensador de preflujo a un nivel de tensión predeterminado;

un circuito de preflujo para descargar el condensador de preflujo a través de las primeras espiras de fase A, B, y C para establecer un flujo residual en cada uno de los segmentos

A, B, y C; y,

un circuito de control para controlar un cierre del circuito de línea trifásica para aplicar tensión de línea al transformador trifásico coincidente con un pico de tensión de referencia positiva de una fase asociado con un segmento seleccionado de los segmentos A, B, y C.

17. El sistema de preflujo de la reivindicación 16, en el que el circuito de preflujo está en conexión con dos espiras de las primeras espiras de fase A, B, y C, para descargar el condensador de preflujo a través de una combinación en paralelo de una de las primeras espiras de fase A, B, y C en una primera rama, y las dos restantes de las primeras espiras de fase A, B, y C en serie en una segunda rama.

18. El sistema de preflujo de la reivindicación 17, en el que el primer segmento de núcleo está asociado con uno de las primeras espiras de fase A, B, y C en la primera rama.

19. El sistema de preflujo de la reivindicación 16, en el que el circuito de preflujo es además para descargar el condensador de preflujo para establecer un flujo residual en un segundo segmento de núcleo y un tercer segmento del núcleo de los segmentos A, B, y C, con polaridad opuesta a una polaridad del flujo residual en el primer segmento de núcleo y magnitud menor que una magnitud del flujo residual en el primer segmento de núcleo.

2. El sistema de preflujo como se define en la reivindicación 16, en el que el circuito de línea trifásica comprende un circuito de línea primario, las primeras espiras de fase A, B, y C comprenden unas espiras primarias, y el circuito de control controla el cierre del circuito de la línea trifásica para aplicar la tensión de línea a las primeras espiras de fase A, B y C.

21. El sistema de preflujo como se define en la reivindicación 16, en el que el circuito de línea trifásica comprende un circuito de línea primario, las primeras espiras de fase A, B, y C comprenden unas espiras secundarias, y el circuito de control controla el cierre del circuito trifásico para aplicar tensión de línea a las segundas espiras de fase A, B, y C.

22 El sistema de preflujo como se define en la reivindicación 16, en el que las primeras espiras de fase A, B, y C comprenden una seleccionada del grupo que consiste en: una espira primaria, una espira secundaria, y una espira terciaria.