DISPOSITIVO ELECTRICO POR INDUCCION PARA APLICACIONES DE ALTO VOLTAJE.

Dispositivo eléctrico por inducción para aplicaciones de alta tensión,

del tipo comprendiendo:

- un núcleo magnético que presenta al menos un brazo (1) y está funcionalmente acoplado a una estructura de soporte;

- al menos un bobinado interno (10) que está dispuesto alrededor de dicho brazo (1) y tiene un primer voltaje nominal, comprendiendo dicho al menos un bobinado interno (10) una pluralidad de espiras esencialmente concéntricas (11) formadas por una lámina de material conductor eléctrico que está enrollado en forma de espiral;

- al menos un bobinado exterior (20) que está dispuesto alrededor de dicho al menos un bobinado interno (10) y tiene un segundo voltaje nominal; y

- elemento eléctricamente aislante comprendiendo al menos una capa (12) de un material eléctricamente aislante que está dispuesto entre superficies opuestas entre sí de dichas espiras concéntricas (11);

caracterizado por el hecho de que dichos elementos eléctricamente aislantes comprenden primeros elementos aislantes formados (4, 5) que bordean, al menos parcialmente, al menos uno de los bordes externos superiores e inferiores (13,14) de dicho bobinado interior (10)

Dispositivo eléctrico por inducción para aplicaciones de alto voltaje.

La presente invención se refiere a un dispositivo eléctrico por inducción para aplicaciones de alta tensión, en particular un transformador de potencia industrial que presenta rendimientos mejorados y una estructura optimizada.

En la técnica, el uso de dispositivos eléctricos por inducción es muy conocido, tales como reactores o transformadores, que aprovechan la inducción electromagnética para la transmisión y la distribución de electricidad apropiada por medio de líneas de energía.

En particular, la tarea básica de un transformador de potencia es permitir el intercambio de energía eléctrica entre dos o varios sistemas eléctricos de un voltaje normalmente diferente. Muchos transformadores de potencia comunes comprenden generalmente un núcleo magnético compuesto por uno o varios brazos o miembros conectados por yugos que forman juntos una o varias ventanas de núcleo; para cada fase, alrededor de los brazos están dispuestos varios bobinados, es decir bobinados de bajo voltaje, bobinados de alto voltaje, bobinados de control o de regulación. Los bobinados de fase están realizados normalmente por enrollamiento alrededor del brazo correspondiente de los conductores adecuados del núcleo, por ejemplo hilos, o cables, o bandas, para conseguir el número deseado de espiras; las configuraciones constructivas típicas son por ejemplo las llamadas configuraciones multicapa o de disco, donde los conductores son enrollados alrededor de un tubo cilíndrico que representa una configuración óptima considerada para rellenar el área disponible con material útil y proporcionar también una máxima resistencia al cortocircuito.

Debido a las características estructurales intrínsecas y al funcionamiento de estos dispositivos, un aspecto muy importante concierne el aislamiento eléctrico que debe estar garantizado entre los diferentes elementos para proporcionar el rendimiento electromagnético deseado sin incurrir en cualquier mal funcionamiento o daños, y cumplir al mismo tiempo los estándares y reglamentos internacionales; de hecho, cuando estos dispositivos están en funcionamiento, puede haber allí una diferencia significante de voltaje entre las diferentes partes, por ejemplo entre los bobinados de baja y de alta tensión, entre las espiras de cada bobinado único, o entre las espiras y otras partes vivas tales como las barras de acoplamiento o las abrazaderas de la estructura que se utilizan para el soporte mecánico del equipo electromagnético. Por lo tanto, los distintos componentes deberían estar dispuestos con una distancia relativa determinada por el esfuerzo dieléctrico que puede ser permitido de ocurrir, requisito que se obtiene en la mayoría de los casos adoptando sistemas aislantes particularmente concebidos y/o usando conductores o configuraciones adecuados para los bobinados.

Tales requisitos llegan a ser más exigentes y severos para ser cumplidos al aumentar el rendimiento requerido, por ejemplo con dispositivos de inducción del tipo de la presente invención, que son solicitados para proporcionar energía del orden de varias decenas de MVA y presentan bobinados de fase estimados del orden de pocos kV hasta más de 100 kV.

La patente estadounidense 5,461,772 describe un transformador de tipo seco con una bobina de alta tensión circundante una bobina de baja tensión. La bobina de baja tensión comprende múltiples espiras y se ha creado una bolsa por encima y por debajo de los bordes de la parte superior y del fondo de las espiras mismas. La bolsa comprende una capa aislante que se extiende a una distancia X sobre el borde de las espiras. Para evitar la caída de las capas aislantes, cada bolsa comprende dos barreras laterales que se extienden a una distancia Y más allá del borde de las capas aislantes. Una resina secada al aire es luego aplicada en el espacio deformado por las barreras sobre las capas aislantes para perfilar las extremidades superiores/inferiores de las espiras para eliminar vacíos y para facilitar la salida de la humedad.

La patente estadounidense 2004/0257188 divulga un transformador trifásico comprendiendo un primer, un segundo, y un tercer brazo del bobinado, y un primer, un segundo, y un tercer bobinado situado alrededor del respectivo primer, segundo y tercer brazo del bobinado. El primer, segundo, y tercer bobinado incluye cada uno un conductor eléctrico enrollado en una pluralidad de capas superpuestas, formada cada una por una pluralidad de espiras contiguas del conductor eléctrico, y un material aislante sin relleno final situado entre cada una de las capas superpuestas. El conductor eléctrico tiene una parte de transición formada en éste entre una primera y una segunda de las capas superpuestas.

En el estado de la técnica actual, aunque las soluciones adoptadas permiten obtener resultados apreciables, hay todavía algunos aspectos que se pueden optimizar y mejorar técnicamente, en particular tomando en consideración la construcción de los bobinados de fase y el diseño del aislamiento eléctrico que tiene un impacto decisivo sobre todos los costes y el rendimiento de estos dispositivos.

Las mismas consideraciones se aplican hasta cierto punto a la mayor parte de los tipos de reactores que básicamente son requeridos de compensar las posibles variaciones de tensión sobre las líneas y se trata de más o menos requisitos y problemas de transformadores de potencia.

Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es de proporcionar un dispositivo eléctrico por inducción para aplicaciones de alta tensión, y en particular un transformador de potencia industrial, cuya estructura constructiva es optimizada respecto a los tipos equivalentes de dispositivos de inducción conocidos, y en particular que permita optimizar los costes de fabricación en comparación con dispositivos conocidos que tienen los mismos valores o valores comparables de potencia, mientras aseguran la seguridad y fiabilidad necesitada en las operaciones.

Este objetivo se consigue por un dispositivo eléctrico por inducción para aplicaciones de alta tensión, del tipo comprendiendo:

- un núcleo magnético que comprende al menos un brazo y está funcionalmente acoplado a una estructura de soporte;

- al menos un bobinado interior que está dispuesto alrededor de dicho brazo y tiene un primer voltaje nominal, comprendiendo dicho al menos un bobinado interior una pluralidad de espiras esencialmente concéntricas formadas por una lámina de material conductor eléctrico que está enrollada en forma de espiral;

- al menos un bobinado exterior que está dispuesto alrededor de dicho al menos un bobinado interior y tiene un segundo voltaje nominal; y

- elementos eléctricamente aislantes comprendiendo al menos una capa de material eléctricamente aislante que está dispuesta entre superficies opuestas entre sí de dichas espiras concéntricas;

caracterizado por el hecho de que dichos elementos eléctricamente aislantes comprenden primeros elementos aislantes formados que bordean al menos parcialmente al menos uno de los bordes superiores e inferiores exteriores de dicho bobinado interior.

Figura 1 es una vista en perspectiva de un transformador de potencia trifásico según la presente invención;

Figura 2 es una vista en planta superior que muestra esquemáticamente los bobinados de fase interior y exterior del transformador de la figura 1;

Figura 3 es una sección transversal lateral que ilustra esquemáticamente el bobinado interior acoplado a elementos eléctricamente aislantes según una forma de realización preferida del dispositivo según la invención;

Figura 4 es una vista en sección transversal tomada a lo largo del plano B-B de la figura 1, que ilustra una barra acoplada a elementos eléctricamente aislantes según una forma de realización preferida del dispositivo según la invención.

En relación con las figuras citadas anteriormente, el dispositivo de inducción de alto voltaje según la invención comprende un núcleo magnético que está funcionalmente acoplado a una estructura de soporte y tiene al menos un brazo 1; en particular, en la forma de realización de la figura 1, el núcleo comprende un brazo 1 para cada fase, a saber tres, con los brazos 1 conectados entre sí por yugos (no visible en las figuras) según las configuraciones constructivas que son bien conocidas en la técnica y por lo tanto no vendrán descritas aquí en detalle. La estructura de soporte comprende a su vez un par de abrazaderas 2 que están situadas en los lados opuestos del núcleo y están conectadas...

1. Dispositivo eléctrico por inducción para aplicaciones de alta tensión, del tipo comprendiendo: