Cambiador de tomas estático optimizado para transformadores de alta/media tensión (AT/MT) y media baja tensión (MT/BT).

La presente invención se refiere a un cambiador de tomas estático para transformadores de distribución AT/MT y MT/BT basados en tiristores conmutados que consigue un incremento del número de tensiones de salida de hasta el 50% para transformadores AT/MT con regulador basto/fino cuando se separa el devanado basto del fino. En los transformadores MT/BT se consigue el incremento de 5 a 9 tensiones de salida diferentes utilizando sólo 7 interruptores estáticos, permitiendo además el paso de la actual regulación manual de la tensión de salida a una regulación automática o telemandada

Cambiador de tomas estático optimizado para transformadores de alta tensión/media tensión (AT/MT) y media tensión/baja tensión (MT/BT).

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un cambiador de tomas estático para transformadores de distribución AT/MT y MT/BT basados en tiristores conmutados que consigue un incremento del número de tensiones de salida de hasta el 50% para transformadores AT/MT con regulación lineal y hasta el 100% para transformadores AT/MT con regulador basto/fino cuando se separa el devanado basto del fino. En los transformadores MT/BT se consigue el incremento de 5 a 9 tensiones de salida diferentes utilizando sólo 7 interruptores estáticos, permitiendo además el paso de la actual regulación manual de la tensión de salida a una regulación automática o telemandada.

Antecedentes de la invención

El mantenimiento de la tensión de salida de los transformadores de distribución dentro de los márgenes permitidos o deseados en función de las circunstancias de carga se viene realizando tradicionalmente mediante el cambio de la relación de transformación del transformador, de manera que la relación de tensiones cambia consecuentemente. Para ello, se dotan a los devanados principales de un conjunto de devanados auxiliares que conectándose y desconectándose del principal, añaden o reducen espiras, cambiando así la relación.

El proceso de conmutación se realiza en la actualidad de dos maneras básicas: en carga o sin carga. La conmutación en carga es habitual en los transformadores AT/MT (Alta tensión/Media tensión), cuyo servicio no puede ser interrumpido sin perjudicar gravemente el funcionamiento del sistema.

La conmutación sin carga es típica de los trafos MT/BT de los Centros de Transformación, en los que el dispositivo de conmutación en carga resulta demasiado voluminoso y costoso, por lo que se admite que su servicio sea interrumpido mientras se realiza la conmutación.

Para la conmutación en carga se usa un regulador electromecánico muy voluminoso, con elementos miles, de funcionamiento lento y que requiere un costoso mantenimiento, siendo además fuente de numerosas averías a lo largo de la vida útil del transformador por la aparición de arcos de conmutación.

Los cambiadores de tomas en caga responden en general a tres esquemas básicos:

Para la conmutación sin carga se usa en la actualidad un cambiador de tomas bajo tapa, que de forma manual y tras poner fuera de servicio previamente el transformador, permite realizar puntualmente cambios en la relación de transformación. En este caso, el número de tomas y tensiones posibles es muy escaso.

Estas limitaciones quedan solventadas en gran medida en la solicitud de patente P200500403, de título " Cambiador de tomas para transformadores de media/baja tensión". En dicha solicitud se presenta un nuevo enfoque de aplicación de interruptores estáticos basados en tiristores conmutados aplicable de forma casi inmediata a los transformadores de media/baja tensión con la posibilidad de incrementar el número de tensiones de salida de los 5 valores habituales hasta 9 valores diferentes sin que ello signifique variación significativa de la disposición constructiva del transformador actual, usando para ello 8 interruptores estáticos.

Descripción de las figuras

Figura 1.-

Esquema de bobinas de una fase de un transformador AT/MT con regulación lineal. La fase consta de un arrollamiento principal (P) y otro de regulación dividido en grupos de n espiras entre cada dos de los cuales hay tomas accesibles (t). Un contacto móvil (c) puede desplazarse de forma automatizada o telemandada de una a otra para añadir o detraer grupos de n espiras al devanado principal, cambiando así la relación de transformación del transformador y con ello la tensión de salida.

Figura 2.-

Esquema de bobinas de una fase de un transformador AT/MT con preselector positivo-negativo. La fase consta de un arrollamiento principal (P) y otro de regulación dividido en grupos de n espiras entre cada dos de los cuales hay tomas accesibles (t). El arrollamiento de regulación se une al principal a través de un conmutador (cpn) para poder preseleccionar de esta manera el sentido de la corriente por el arrollamiento de regulación. Un contacto móvil (c) puede desplazarse de forma automatizada o telemandada de una toma a otra para añadir o detraer grupos de n espiras que a su vez se sumará n o restará n al devanado principal según el sentido de la corriente, cambiando así la relación de transformación del transformador y con ello la tensión de salida.

Figura 3.-

Esquema de bobinas de una fase de un transformador AT/MT con preselector basto-fino. La fase consta de un arrollamiento principal (P), un arrollamiento de regulación basto (B) en serie con el principal, con tomas accesibles (t) en sus extremos, y otro de regulación fino dividido en grupos de n espiras entre cada dos de los cuales hay tomas accesibles (t). El arrollamiento de regulación se puede unir al basto o bien al principal a través de un conmutador (cbf) para poder preseleccionar de esta manera si el arrollamiento basto se hace intervenir o no. Un contacto móvil (c) puede desplazarse de forma automatizada o telemandada de una toma a otra para añadir o detraer grupos de n espiras que a su vez se sumará n o restará n al arrollamiento basto y al principal o bien sólo al devanado principal, cambiando así la relación de transformación del transformador y con ello la tensión de salida.

Figura 4.-

Esta figura representa la manera de conectar los interruptores estáticos basados en electrónica de potencia (I) a las tomas de regulación de los transformadores AT/MT existentes en la actualidad. Como se indica en la figura, sido han de conectarse las tomas que correspondan a grupos de espiras del devanado de regulación en las secuencias 1n, 3n, 3n,.., 3n, 2n para el caso de ser el número de grupos de n espiras múltiplo de 3 (Figura A); 1n, 1n, 3n, 3n,.., 3n, 2n para el caso de ser el número de grupos de n espiras múltiplo de 3 más 1 (figura B) o 1n, 3n, 3n,.., 3n, 2n, 2n para el caso de ser el número de grupos de n espiras múltiplo de 3 más 2 (figura C).

Figura 5.-

Esta figura representa la estructura simplificada de uno de los devanados de Media tensión de un transformador típico de distribución MT/BT. Cada fase del devanado de media tensión está dividida en bobinas principales separadas en dos partes (3), (3'), a cada una de las cuales se conectan dos bobinas auxiliares (4), (5), (6), (7) mediante los puntos de unión (8), (9), (10), (11), (12), (13). Dichos bornes pueden a su vez conectarse o desconectarse mediante un conjunto de conexiones mecánicas, (14).

Figura 6.-

En la figura se representa una sola fase del devanado de media tensión de un transformador MT/BT igual al representado en la figura 5 utilizando 8 interruptores estáticos basados en tiristores conmutados (16), (17), (18), (19), (20), (21), (22), (23).

Figura 7.-

En la figura se representa una sola fase del devanado de media tensión de un transformador MT/BT igual al representado en la figura 5 utilizando 7 interruptores estáticos basados en tiristores conmutados (16), (17), (18), (19), (20), (21), (22).

Figura 8.-

En la figura se representa el esquema de una sola fase del devanado de alta tensión de un transformador AT/MT con la estructura correspondiente a una regulación lineal al que se le ha sustituido el regulador electromecánico por interruptores estáticos basados en electrónica de potencia. El arrollamiento de regulación está dividido...

1. Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de media/baja tensión, caracterizado por estar constituido por un devanado principal dividido en dos partes iguales (3), (3') y por una serie de devanados auxiliares (4), (5), (6) y (7), que incorporan a las tomas de dichos devanados auxiliares de regulación (16), (17), (18), (19), (20), (21) y (22), siete interruptores electrónicos estáticos basados en electrónica de potencia, de manera que seis de los siete interruptores electrónicos (16), (17), (18), (19), (21) y (22) están distribuidos de manera que tres de ellos (16), (18) y (21) conectan cada uno una mitad del devanado principal (3) con una toma intermedia de los devanados auxiliares (8), (9) y (13), y cada uno de los otros tres (17), (19) y (22) conectan una de dichas tomas con la otra mitad del devanado principal (3'); el séptimo interruptor (20) se conecta entre la toma intermedia (10-11) y la segunda mitad del devanado principal (3'), de tal manera que mediante el accionamiento simultaneo de dos de los citados interruptores se consiguen nueve recorridos posibles de la corriente a través del devanado de media tensión; un primer recorrido que evita los devanados auxiliares, cuatro recorridos distintos que atraviesan los devanados auxiliares en un sentido "positivo" y cuatro recorridos que atraviesan los devanados auxiliares en un sentido "negativo", generándose nueve niveles de tensión posibles a la salida del transformador.

2. Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión según reivindicación 1ª caracterizado porque el devanado de regulación está formado por un número k de bobinas auxiliares múltiplo de tres, capaz de sustituir al regulador electromecánico sin necesidad de alterar la configuración de los devanados del transformador, minimizando el número de interruptores estáticos (I) y de tomas de regulación (t) utilizadas.

3. Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión según reivindicaciones anteriores, caracterizado por emplear interruptores electrónicos distribuidos paralelamente dos a dos sobre las tomas, agrupando para ello las bobinas auxiliares, cada una de n espiras, en un primer grupo de n espiras, en serie con (k-3)/3 grupos de 3n espiras y en serie con un último grupo de 2n espiras, utilizándose sólo las tomas de regulación existentes entre cada uno de estos grupos, a las que se conectan los interruptores estáticos.

4. Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el devanado de regulación esté formado por un número k de bobinas auxiliares múltiplo de tres más uno, capaz de sustituir al regulador electromecánico sin necesidad de alterar la configuración de los devanados del transformador, minimizando el número de interruptores estáticos (I) y de tomas de regulación (t) utilizadas.

5. Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión que sustituye al cambiador de tomas electromecánico de los transformadores dotados de regulador con preselector basto-fino por otro que emplea interruptores estáticos basados en electrónica de potencia, según alguna de las configuraciones descritas en las reivindicaciones anteriores para el devanado fino de regulación caracterizado porque no altera su estructura original ni la del devanado principal (P), no realiza regulación en el devanado basto (B), eliminando la necesidad del preselector (I) y permitiendo el mismo número de tensiones distintas que el regulador electromecánico al que sustituye.

6. Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión, que sustituye al cambiador de tomas electromecánico de los transformadores dotados de regulador con preselector basto-fino por otro que emplea interruptores estáticos basados en electrónica de potencia, según alguna de las configuraciones descritas en las reivindicaciones anteriores para el devanado fino de regulación caracterizado porque no altera su estructura original ni la del devanado principal (P), permitiendo mediante dos interruptores la circulación o no de la corriente por el devanado basto (B), incrementando el número de tensiones distintas de salida posibles en un 50% respecto del regulador electromecánico al que sustituye, eliminando la necesidad del preselector.

7. Dispositivo cambiador de tomas para transformadores de alta/media tensión que sustituye al cambiador de tomas electromecánico de los transformadores dotados de regulador con preselector basto-fino por otro que emplea interruptores estáticos basados en electrónica de potencia según alguna de las configuraciones descritas en las reivindicaciones anteriores para el devanado fino de regulación, caracterizado porque sin alterar su estructura original ni la del devanado principal (P) y mediante el uso de 4 interruptores estáticos y la separación física del devanado basto B del devanado principal P permite la circulación de la corriente por el devanado basto en ambos sentidos, incrementando el número de tensiones distintas de salida posibles en un 100% respecto del regulador electromecánico al que sustituye, eliminando la necesidad del preselector.