CAMBIADOR DE TOMA CON CARGA.

La invención se refiere a los cambiadores de toma con carga, y en particular a la conmutación en los cambiadores de toma con carga. Un cambiador de toma es un dispositivo encajado en un transformador para regular el voltaje de salida del transformador a un nivel requerido. Tal regulación se consigue normalmente conectando selectivamente a tomas particulares del transformador, controlando por ello el número de vueltas en la parte activa del devanado primario o secundario (ref. 1). Un cambiador de toma con carga está diseñado para funcionar cuando conduce corriente y requiere que el circuito no debe ser abierto ni siquiera momentáneamente durante el cambio de toma. Un ejemplo simplificado de un cambiador de toma convencional se muestra en la figura 1A. El cambiador de toma incluye un selector, que tiene dos trayectorias de corriente de salida para seleccionar una de un número de tomas en el devanado primario del transformador; y un desviador con una acción de "conexión antes de desconexión para desviar corriente desde una trayectoria de corriente a otra sin interrumpir el flujo de corriente. La figura 1B ilustra el nivel de complejidad que es común dentro de los cambiadores de toma para la transmisión de potencia. Los cambiadores de toma convencionales consiguen la acción de conexión antes de desconexión conectando resistencias a lo largo del devanado de toma durante el momento de relevo para limitar la corriente circulante que de otro modo se desarrollaría. La interrupción de esta corriente de carga combinada y corriente circulante que usa contactos de conmutador eléctricos de alto voltaje convencionales lleva a que se produzca un alto nivel de formación de arco. Ambos degradan la propiedad de aislamiento del aceite en el que el conmutador se coloca y ocasionalmente lleva al atasco de mecanismo. La primera de estas condiciones requiere que el aceite sea segregado desde el aceite del transformador principal y que debe ser reemplazado habitualmente, mientras que la segunda puede llevar a un fallo catastrófico de todo el sistema de transformador. Los sistemas modernos incluyen un conmutador de vacío para contener el arco pero esto añade complejidad y el conmutador de vacío requiere reemplazo regular (ref. 2). El selector y el desviador para un cambiador de toma con carga convencional se basan en el aislamiento de aceite para conseguir los niveles de aislamiento contacto con contacto requeridos por el voltaje de transformador nominal mayor. El selector sólo funciona relativamente despacio, llevando varios segundos cambiar la conexión de toma, mientras que el desviador debe proporcionar un relevo rápido cuando el selector ha hecho la conexión de toma con el fin de limitar el nivel de corriente circulante. Sin embargo, esto todavía lleva varios ciclos de frecuencia de potencia completarlo. Una red de potencia convencional puede ser descrita como una red de estaciones de potencia que proporciona potencia a una red de suministro eléctrico desde la que la potencia se dispersa después a los consumidores a través de una red de distribución. Hay una tendencia hacia una generación más localizada, apoyada por legislación nacional e internacional, que requerirá mucha más flexibilidad en la manera en que la potencia es manejada a un nivel local. Esto requerirá cambiadores de toma que son más pequeños, más baratos y más fáciles de instalar y mantener y que funcionarán con un intervalo más amplio de flujo de corriente y factores de potencia que los cambiadores de toma existentes. Además hay un requerimiento para cambiadores de toma con un rendimiento significativamente mayor para ser aplicado a aplicaciones más noveles tales como transformadores de cambio de fase en los que el requerimiento sería cubrir el intervalo completo de 25 tomas en el mismo tiempo que actualmente lleva hacer un cambio de toma. El documento DE 4124431 divulga un circuito de protección que incluye al menos una resistencia conectada en serie con uno de un contacto de conmutador de escalonamiento de transformador y asociado con un filtro de paso alto para desviar el transitorio sobre el voltaje. Un objeto de la invención es superar los problemas descritos anteriormente y conocer las peticiones previstas de solicitar generación distribuida para distribución de potencia localizada. Otro objeto de la invención es proporcionar un cambiador de toma con mejores propiedades que los descritos anteriormente, proporcionando un cambio más rápido en la conexión de tomas sin interrumpir el circuito de transformador. La invención puede usarse tanto para reemplazar el desviador como para reemplazar el sistema de cambiador de toma con carga completo. La última opción requeriría un número suficientemente pequeño de conmutadores de potencia eléctrica para hacerlo competitivo en tamaño y coste a la técnica anterior en cambiadores de toma con carga descritos anteriormente. 2   De acuerdo con la invención, se proporciona un cambiador de toma con carga de acuerdo con la reivindicación 1. El cambiador de toma con carga puede comprender además un selector y un desviador, comprendiendo el desviador un par de elementos opuestos de conmutador y un circuito de conmutación, siendo accionable el circuito de conmutación para establecer una corriente resonante al cerrarse un elemento de conmutador no conductor para apagar por conmutación un elemento de conmutador de formación de arco. El cambiador de toma está destinado para la asociación con un transformador para conexión a un sistema de potencia que tiene una o más fases. Los elementos opuestos de conmutador pueden estar dispuestos para proporcionar un relevo desconexión antes de conexión en la que abrir los contactos de conmutador con corriente provoca un arco entre contactos que mantienen la conducción pasada la primera acción de interrupción. El concepto es que el cierre del segundo conmutador obligará al circuito de conmutación a suprimir el arco en los primeros contactos de conmutador. Con un circuito de conmutación de actuación suficientemente rápida el resultado es dar un relevo instantáneo ideal entre los conmutadores. De acuerdo con la invención, se proporciona un cambiador de toma con carga que comprende uno o más pares de elementos opuestos de conmutador para conexión a respectivos devanados de tomas de un transformador, incluyendo el cambiador de toma un circuito de conmutación que es accionable para establecer una corriente resonante al cerrarse un elemento de conmutador no conductor para apagar por conmutación un elemento de conmutador de formación de arco. El circuito de conmutación se incluye con cada elemento de conmutador opuesto para proporcionar un relevo ideal de corriente en el que el contacto de conmutador cerrado se abrió con carga y mantiene la conducción provocando un arco entre sus contactos. Cerrar los segundos contactos de conmutador obliga al circuito de conmutación a apagar por conmutación el arco a través de los primeros contactos de conmutador. Usando una matriz de tomas de transformador eléctricamente abiertas como parte de una red de tales elementos opuestos de conmutador, puede ensamblarse un cambiador de toma completo, sin el requisito de distinguir entre un selector y un desviador. Además, empleando devanados de tomas aislados con valores de vueltas que varían de uno a otro de acuerdo con una secuencia preestablecida, por ejemplo binaria, puede reducirse significativamente el número requerido de devanados y elementos de conmutador sobre el de un cambiador de toma convencional. El funcionamiento del circuito de conmutación debería ser muy rápido haciendo el relevo de corriente en el elemento de conmutador opuesto una cuestión relacionada con los valores de voltaje y corriente en el instante del relevo más que con la consideración convencional de factor de potencia de carga. Así, el esquema de relevo proporciona una transición fiable rápida, que permite el funcionamiento a alta velocidad haciendo el cambiador de toma resultante adecuado para aplicaciones de alto rendimiento tal como en el cambio de fase de transmisión de potencia, transformadores de transmisión D.C de alto voltaje y transformadores de horno de arco. Podría emplearse una gama de diferentes tipos de contacto eléctrico y es posible usar un conmutador semiconductor tal como un tiristor, para el que el término "formación de arco debería sustituirse por conducción no controlada. Sin embargo, en una realización preferida, cada elemento de conmutador es un conmutador de vacío. Un conmutador de vacío formará arco fácilmente entre los contactos cuando se abren con corriente, manteniendo la conducción hasta que se suprime la formación de arco. Los conmutadores de vacío requieren poco movimiento de armadura para obtener altos niveles de aislamiento eléctrico entre contactos, así que la acción de armadura puede ser muy rápida. La separación... [Seguir leyendo]

1.- Un cambiador de toma con carga que comprende uno o más pares de elementos opuestos de conmutador para conexión a respectivos devanados de toma de un transformador, estando un primer elemento (VS1/A) de conmutador en un estado no conductor mientras que un segundo elemento (VS1/B) de conmutador está en un estado conductor, caracterizado porque el cambiador de toma incluye un circuito (Ccom, MOV1, LA1, LA2, LB1, LB2) de conmutación accionable para establecer una corriente resonante en el segundo elemento (VS1/B) de conmutador al cerrarse el primer elemento (VS1/A) de conmutador y abertura del segundo elemento de conmutador, suprimiendo dicha corriente resonante una corriente de formación de arco que aparece entre los contactos del segundo elemento de conmutador durante la apertura del segundo elemento (VS1/B) de conmutador. 2.- El cambiador de toma de la reivindicación 1, que comprende un selector y un desviador, comprendiendo el desviador uno o más pares de elementos (VS1/A, VS2/A) de conmutación opuestos y el circuito (Ccom, MOV1, LA1, LA2, LB1, LB2) de conmutación. 3.- El cambiador de toma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada elemento (VS1/A, VS2/A) de conmutador es un conmutador de vacío. 4.- El cambiador de toma de la reivindicación 2, incluida una red de elementos opuestos de conmutador para conexión a devanados de toma con números de vueltas ponderados, de manera que pueda obtenerse un intervalo completo de valores de toma enteros por los voltajes de toma, siendo causados para substraer o añadir. 5.- El cambiador de toma de la reivindicación 4, en el que la red incluye una disposición de devanado de diferencia, una disposición de devanado de suma, o una disposición de devanado suma-diferencia. 6.- El cambiador de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el circuito de conmutación incluye un circuito LC que tiene un condensador (Ccom) dispuesto para descargar al cerrarse el primer elemento (VS1/A) de conmutador para crear la corriente resonante, oponiéndose la polaridad de la corriente resonante a la de la corriente de formación de arco. 7.- El cambiador de toma de la reivindicación 6, en el que el condensador (Ccom) almacena suficiente carga para la magnitud de la corriente resonante para cancelar suficientemente la corriente de carga de transformador durante al menos un ciclo de manera que la corriente combinada a través de un segundo elemento de conmutador se reduce a menos que la corriente de corte para el primer elemento de conmutador. 8.- El cambiador de toma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el circuito de conmutación está equilibrado. 9.- El cambiador de toma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incluida una primera trayectoria de corriente de carga que ha conectado en serie los inductores primero y segundo y un primer elemento de conmutador de un par opuesto, y una segunda trayectoria de corriente de carga que ha conectado en serie los inductores tercero y cuarto y un segundo elemento de conmutador del par opuesto, uniendo un condensador un punto entre los inductores primero y segundo con un punto entre los inductores tercero y cuarto. 10.- El cambiador de toma de la reivindicación 9, incluida una primera resistencia conectada en derivación con el primer inductor, una segunda resistencia conectada en derivación con el tercer inductor, y una resistencia limitadora de voltaje conectada en derivación con el condensador. 11.- El cambiador de toma de la reivindicación 9 ó 10, en el que las inductancias de los inductores primero y segundo están relacionadas por la ecuación: L 2 2 < L 3 1 12.- El cambiador de toma de la reivindicación 11, en el que la relación es: L 2 0, 1L 1 13.- El cambiador de toma de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que las inductancias de los inductores tercero y cuarto están relacionadas por la ecuación: L 4   2 < L 3 3 13 14.- El cambiador de toma de la reivindicación 13, en el que la relación es: L 4   0, 1L 3 15.- El cambiador de toma de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, en el que los inductores primero y tercero presentan una impedancia suficientemente grande en la corriente resonante para desacoplar suficientemente el condensador. 16.- El cambiador de toma de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, incluida una primera trayectoria de corriente de carga que tiene un primer elemento de conmutador de un par opuesto, y una segunda trayectoria de corriente de carga que ha conectado en serie un inductor y un segundo elemento de conmutador del par opuesto, estando conectado un condensador en derivación con el inductor y el segundo elemento de conmutador. 17.- El cambiador de toma de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, incluida una primera trayectoria de corriente que ha conectado en serie un primer inductor, un segundo inductor, un primer elemento de conmutador de un par opuesto, y un tercer inductor, estando conectadas las resistencias primera y segunda en derivación con los inductores primero y tercero respectivamente; y una segunda trayectoria de corriente que ha conectado en serie un cuarto inductor, un quinto inductor, un segundo elemento de conmutador del par opuesto, y un sexto inductor, estando conectadas las resistencias tercera y cuarta en derivación con los inductores cuarto y sexto respectivamente; un primer condensador que puentea un punto entre los inductores primero y segundo con un punto entre los inductores cuarto y quinto; y un segundo condensador que puentea un punto entre el primer elemento de conmutador y el tercer inductor con un punto entre el segundo elemento de conmutador y el sexto inductor. 18.- El cambiador de toma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la frecuencia resonante del circuito de conmutación está seleccionada para ser compatible con las propiedades inherentes de los componentes que forman el circuito de conmutación. 19.- El cambiador de toma de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 18, en el que la frecuencia resonante del circuito de conmutación es inferior a una frecuencia autoresonante del condensador. 14     16   17   18   19     21   22   23   24     26   27   28   29     31